Generadores termoeléctricos de energía eléctrica TEG
El material habla sobre los principios de funcionamiento de los generadores termoeléctricos y sus áreas de aplicación.
La parte del león de la electricidad ahora es producida por centrales térmicas. Al quemar combustible fósil, las turbinas de los generadores eléctricos se ponen en movimiento en las estaciones por medio de un portador de calor intermedio (vapor sobrecalentado). La cadena de producción de energía es compleja, peligrosa y costosa. Pero le permite crear unidades poderosas para generar energía eléctrica con alta eficiencia (eficiencia).
¿Existe alguna alternativa para convertir más fácilmente el calor en electricidad? La física dice que sí. Tech dice: "Todavía no". Sobre quién tiene razón y cuáles son las dificultades en la forma de convertir el calor en energía, el material de este artículo. El método de conversión directa de calor en corriente eléctrica se conoce desde 1821, cuando se descubrió el fenómeno de la termoelectricidad, conocido hoy como efecto Seebekov.
Cuando se calienta el contacto de dos metales diferentes, surge una diferencia de potencial en los extremos de los cables, y cuando se cierran, comienza a fluir una corriente a través del circuito. Los físicos se dieron cuenta rápidamente de que la magnitud de la corriente depende directamente del tipo de materiales, la diferencia de temperatura entre las uniones frías y calientes del metal, la conductividad térmica y la resistencia de los metales. Las grandes diferencias de temperatura y la alta conductividad aumentan la corriente, mientras que la alta conductividad térmica debilita el efecto.
Después de largos intentos de crear un generador termoeléctrico (TEG) utilizando metales, incluidos los nobles, esta idea fue abandonada. Los metales tienen una baja resistencia, lo que permite separar la unión espacial fría y caliente, pero la alta conductividad térmica y, en consecuencia, el flujo de calor desde el exterior reducen la eficiencia de los elementos. La eficiencia resultante de los elementos TEG hechos de metales no supera el 1-2%. El efecto se olvidó durante mucho tiempo y las uniones de metales diferentes se utilizaron solo en la técnica de medición. Estos son termopares familiares para medir temperaturas.
Hoy, los descendientes del primer generador sirven a geólogos, turistas y simplemente a residentes de áreas remotas.La potencia de tales generadores es pequeña, de 2 a 20 vatios. Se instalan generadores más potentes (de 25 a 500 W) en los principales gasoductos para accionar herramientas o protección catódica de tuberías. Los generadores de 1 kW o más alimentan equipos de estaciones meteorológicas, pero requieren fuentes de calor de alta temperatura: por ejemplo, gas.
No hay mucho que decir sobre los generadores exóticos que convierten el calor de la desintegración radiactiva directamente en electricidad: un alcance demasiado limitado e información sensible. Solo se sabe que los satélites individuales en el espacio están equipados con tales instalaciones para el suministro continuo de energía al equipo.
Como ejemplo de productos modernos, considere los parámetros termogenerador tipo B25-12... Su potencia eléctrica de salida es de 25W a un voltaje de 12V. La temperatura de trabajo de la zona caliente no supera los 400 grados, el peso es de hasta 8,5 kg, el precio es de unos 15.000 rublos. Dichos generadores (generalmente al menos 2) se usan junto con una caldera de gas para calentar espacios.
De acuerdo con el mismo principio, modelos TEG más potentes con una potencia de 200 vatios. Junto con una caldera de gas para calentar casas de campo, proporcionan electricidad no solo para la automatización de la caldera y la bomba de circulación de agua, sino también para electrodomésticos e iluminación.
A pesar de su simplicidad y confiabilidad (sin partes móviles), TEG no ha sido ampliamente adoptado. La razón de esto es la eficiencia extremadamente baja, que no supera el 5-7% incluso con materiales semiconductores. Las empresas que desarrollan dichos generadores los fabrican en pequeños lotes por encargo. La falta de demanda masiva conduce a precios elevados de los productos.
La situación puede cambiar con la aparición de nuevos materiales para convertidores térmicos... Pero hasta ahora, la ciencia no tiene nada de qué presumir: las mejores muestras de TEG no han logrado pasar el factor de eficiencia del 20%. En esta situación, los folletos publicitarios de TEG, donde se declara que la eficiencia es superior al 90%, parecen algo divertidos. ¿Quizás es hora de que los científicos aprendan de los entusiastas vendedores?