เครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริกของพลังงานไฟฟ้า TEG

วัสดุบอกเกี่ยวกับหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริกและพื้นที่ใช้งาน

ส่วนแบ่งไฟฟ้าของสิงโตตอนนี้ผลิตโดยโรงไฟฟ้าพลังความร้อน โดยการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล กังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกตั้งค่าให้เคลื่อนที่ที่สถานีโดยใช้ตัวพาความร้อนระดับกลาง (ไอน้ำร้อนยวดยิ่ง) ห่วงโซ่การผลิตพลังงานมีความซับซ้อน อันตรายและมีราคาแพง แต่ช่วยให้คุณสร้างหน่วยที่ทรงพลังสำหรับสร้างพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ (ประสิทธิภาพ)

มีทางเลือกอื่นสำหรับการแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้าได้ง่ายขึ้นหรือไม่? ฟิสิกส์บอกว่าใช่ เทคบอกว่า "ยังไม่ใช่" เกี่ยวกับใครถูกและอะไรคือความยากลำบากในการแปลงความร้อนเป็นพลังงานซึ่งเป็นเนื้อหาของบทความนี้ วิธีการแปลงความร้อนโดยตรงเป็นกระแสไฟฟ้าเป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2364 เมื่อมีการค้นพบปรากฏการณ์ของเทอร์โมอิเล็กทริกซึ่งรู้จักกันในปัจจุบันว่าเอฟเฟกต์ Seebekov

เมื่อสัมผัสโลหะสองชนิดที่ไม่เหมือนกันถูกทำให้ร้อน ความต่างศักย์จะเกิดขึ้นที่ปลายสาย และเมื่อปิดลง กระแสจะเริ่มไหลผ่านวงจร นักฟิสิกส์ตระหนักได้อย่างรวดเร็วว่าขนาดของกระแสโดยตรงขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุ ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างรอยต่อที่เย็นและร้อนของโลหะ การนำความร้อนและความต้านทานของโลหะ ความแตกต่างของอุณหภูมิขนาดใหญ่และค่าการนำไฟฟ้าสูงจะเพิ่มกระแส ในขณะที่ค่าการนำความร้อนสูงจะทำให้ผลกระทบอ่อนลง

หลังจากพยายามสร้างเครื่องกำเนิดเทอร์โมอิเล็กทริก (TEG) โดยใช้โลหะ รวมทั้งวัตถุชั้นสูง แนวคิดนี้ก็ถูกล้มเลิกไป โลหะมีความต้านทานต่ำซึ่งทำให้สามารถแยกจุดเชื่อมต่อเย็นและร้อนเชิงพื้นที่ได้ แต่ค่าการนำความร้อนสูงและดังนั้นการไหลของความร้อนจากภายนอกจึงลดประสิทธิภาพขององค์ประกอบ ประสิทธิภาพผลลัพธ์ขององค์ประกอบ TEG ที่ทำจากโลหะไม่เกิน 1-2% ผลกระทบนี้ถูกลืมเลือนไปนานแล้วและมีการใช้จุดเชื่อมต่อของโลหะที่ต่างกันในเทคนิคการวัดเท่านั้น เหล่านี้เป็นเทอร์โมคัปเปิลที่คุ้นเคยสำหรับการวัดอุณหภูมิ

โครงการเชิงปฏิบัติครั้งแรกของ TEG ปรากฏขึ้นก่อนสงครามโลกครั้งที่สองเท่านั้น Yofe นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียแนะนำให้ใช้สารกึ่งตัวนำที่มีค่าการนำไฟฟ้าประเภทต่างๆ แทนการใช้โลหะที่ไม่เหมือนกัน ในกรณีนี้ ความต่างศักย์และกำลังขององค์ประกอบ TEG จะเพิ่มขึ้นหลายร้อยเท่า เครื่องกำเนิด TEG-1 เครื่องแรกเริ่มผลิตในปี 1942 และถูกเรียกว่า "Guerrilla Bowler" เมื่อติดตั้งบนกองไฟ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะผลิตกำลังไฟได้ 2 ถึง 4 วัตต์ ซึ่งเพียงพอสำหรับจ่ายไฟให้กับวิทยุทั่วไป

ปัจจุบัน ลูกหลานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องแรกให้บริการแก่นักธรณีวิทยา นักท่องเที่ยว และผู้อยู่อาศัยในพื้นที่ห่างไกลพลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีขนาดเล็ก - ตั้งแต่ 2 ถึง 20 วัตต์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ทรงพลังกว่า (ตั้งแต่ 25 ถึง 500 W) ติดตั้งบนท่อส่งก๊าซหลักไปยังเครื่องมือไฟฟ้าหรือการป้องกันท่อแบบแคโทดิก เครื่องกำเนิดอุปกรณ์สถานีตรวจอากาศกำลังไฟฟ้าขนาด 1 กิโลวัตต์ขึ้นไป แต่ต้องการแหล่งความร้อนที่อุณหภูมิสูง ตัวอย่างเช่น ก๊าซ

ไม่มีอะไรจะพูดมากนักเกี่ยวกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแปลกใหม่ที่เปลี่ยนความร้อนจากการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีให้เป็นไฟฟ้าโดยตรง—ขอบเขตที่แคบเกินไปและข้อมูลที่ละเอียดอ่อน เป็นที่ทราบกันดีว่าดาวเทียมแต่ละดวงในอวกาศมีการติดตั้งดังกล่าวเพื่อจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์อย่างต่อเนื่อง

ตัวอย่างของผลิตภัณฑ์ที่ทันสมัย ​​พิจารณาพารามิเตอร์ เครื่องสร้างความร้อน ประเภท B25-12... กำลังไฟฟ้าขาออกคือ 25W ที่แรงดันไฟฟ้า 12V อุณหภูมิในการทำงานของโซนร้อนไม่เกิน 400 องศา น้ำหนักไม่เกิน 8.5 กก. ราคาประมาณ 15,000 รูเบิล เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าว (โดยปกติอย่างน้อย 2 เครื่อง) จะใช้ร่วมกับหม้อต้มก๊าซเพื่อให้ความร้อนในอวกาศ

ตามหลักการเดียวกันรุ่น TEG ที่ทรงพลังกว่าด้วยกำลัง 200 วัตต์ ควบคู่กับหม้อต้มก๊าซเพื่อให้ความร้อนในกระท่อม พวกเขาให้ไฟฟ้าไม่เพียง แต่สำหรับระบบอัตโนมัติของหม้อไอน้ำและปั๊มหมุนเวียนน้ำเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเครื่องใช้ในครัวเรือนและแสงสว่างด้วย

แม้จะมีความเรียบง่ายและความน่าเชื่อถือ (ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว) แต่ TEG ก็ยังไม่ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย เหตุผลนี้คือประสิทธิภาพที่ต่ำมากซึ่งไม่เกิน 5-7% แม้ว่าจะใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ก็ตาม บริษัทที่พัฒนาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดังกล่าวผลิตเป็นชุดเล็กๆ ตามสั่ง การขาดความต้องการจำนวนมากทำให้ราคาสินค้าสูง

สถานการณ์อาจเปลี่ยนไปตามการปรากฏตัวของวัสดุใหม่สำหรับตัวแปลงความร้อน... แต่จนถึงตอนนี้ วิทยาศาสตร์ยังไม่มีอะไรต้องอวด: ตัวอย่าง TEG ที่ดีที่สุดยังไม่สามารถผ่านปัจจัยประสิทธิภาพ 20% ได้ ในสถานการณ์นี้ โบรชัวร์โฆษณาของ TEG ที่ประสิทธิภาพเกิน 90% ดูค่อนข้างตลก อาจถึงเวลาแล้วที่นักวิทยาศาสตร์ต้องเรียนรู้จากนักการตลาดที่กระตือรือร้น?