Термоэлектрические модули, элементы Пельтье
ГТЭГ является автономным источником электоэнергии, работающим на природном газе, пропане или пропано-бутановой смеси. Он применяется для комплектации автономных источников электроэнергии мощностью от 150 до 5000 Вт.
ГТЭГ используется для питания катодной защиты газопроводов от коррозии, питания изолированных от стационарного электроснабжения узлов учета, питания средств радиорелейной связи, средств автоматики и телемеханики, входит в состав автономного источника питания.
Увеличение эффективности термоэлектрического преобразования позволило достичь выходной мощности с обного генератора 500 Вт при использовании с жидкостной системой охлаждения в ГТЭГ-500. На сегодняшний день производится четыре версии генератора: ГТЭГ-500, ГТЭГ-300, ГТЭГ-220 и ГТЭГ-150, мощностью 500 Вт, 300 Вт, 220 Вт и 150 Вт соответственно.
Термоэлектрические генераторы ГТЭГ соответствуют следующим техрегламентам Таможенного союза: ТР ТС 020/2011 Электромагнитная совместимость технических средств, а так же ТР ТС 004/2011 О безопасности низковольтного оборудования.
Для Вашего удобства мы собрали все генераторы серии ГТЭГ в одном месте. Предлагаем вам скачать «Альбом типовых проектных решений автономного электропитания на основе термоэлектрических генераторов на газовом топливе серии ГТЭГ» по этой ссылке: скачать альбом.
Технические параметры ГТЭГ
| Модель генератора | ГТЭГ-1000 | ГТЭГ-500 | ГТЭГ-450 | ГТЭГ-300 | ГТЭГ-200 | ГТЭГ-150 |
| Электрическая мощность при напряжении (28 ± 1 В), Вт | 1000 | 500 | 450 | 300 | 200 | 150 |
| Срок службы, лет не менее | 10 | 10 | 25 | 25 | 25 | 10 |
| Габаритные размеры, мм | Глубина 750, ширина 550, высота 2100 | Глубина 750, ширина 550, высота 2100 | Диаметр 620, Высота 1860 |
Глубина 760, ширина 620, высота 1810 |
Глубина 765, |
Диаметр 600, Высота 1030 |
| Масса, кг | 230 | 230 | 320 | 320 | 136 | 155 |
Термогенератор своими руками — МозгоЧины
Специально 92 для mozgochiny.
ru
В мире постоянно происходят различные катаклизмы. Мы не может от них защититься, но мы можем подготовиться к их последствиям. Землетрясение, наводнение, пожары вызывают перебои или отключение электричества. Чтобы себя защитить от его отсутствия предлагаю вашему вниманию статью о добыче электроэнергии с помощью тепла.
Шаг 1:
Отключения электроэнергии одна из главных проблем в современном мире. Многие люди беспокоятся о последствиях молнии, сильного дождя и т.д., но забывают о более серьезных проблемах. Перебои с электричеством могут длиться от нескольких часов до нескольких недель. Попрощайтесь с телефоном, светом, обогревателем и со всеми электронными приборами и устройствами.
В качестве основы самоделки был выбран теплогенератор, который использует тепло для производства электроэнергии.
Кроме самого зарядного устройства вы получаете:
- Обогреватель;
- Возможность приготовить пищу;
- Освещение.
Альтернативным источником электроэнергии может быть солнце. Но солнечные панели всё ещё довольно дорогие, несмотря на то, что цены значительно снизились в последние годы. Кроме того, солнце светить не всё время. Что делать, если вы захотите подзарядить батарею после наступления темноты или когда небо затянуто тучами?
Динамо-машинка – это здорово, но для многих людей будет трудно всё время крутить рукоятку во время зарядки аккумуляторов.
Ветровой генератор – ветер дует не всегда и не везде. 😉
Шаг 2: Введение/материалы
Для изготовления поделки необходимо использовать минимальный набор электронных компонентов ведь цель проекта – изготовление генератора в кратчайшие сроки в отсутствии доступа к благам цивилизации.
Ключевым компонентом всего проекта был модуль Пельтье. Этот небольшой 40×40 мм белый керамический квадрат творит волшебство.
Модуль напоминает структуру бутерброда: керамическая пластина, тонкая металлическая плёнка, полупроводник, тонкая металлическая плёнка, керамическая пластина. К двум проводам, которые выступают из модуля, подводится постоянное напряжение. В результате чего одна сторона становится более прохладной, а другая теплее, создавая при этом разность температур.
Однако если приложить разность температур к сторонам модуля то получим обратный результат, который известен, как эффект Зеебека. Этот принцип мы и будем использовать для получения электроэнергии.
Список деталей, которые необходимы для того, чтобы построить проект:
- Элемент Пельтье;
- Пружинные клеммы;
- Батарейные блоки;
- Аккумуляторы;
- Большой радиатор охлаждения;
- Медный провод;
- Маленький пластиковый корпус;
- Другие дополнительные материалы.
Шаг 3: Изготовление
Необходимо собрать цепь.
При желании, вы можете создавать прототип схемы на макетной плате, прежде чем окончательно спаять все компоненты.
Чтобы прикрепить модуль к радиатору вырежем 25 мм отверстие в крышке банки. Затем отцентрируем его над отверстием и зажмём между радиатором и крышкой. Воспользуемся винтами и проволокой для надёжного крепления частей вместе. Оденем на провода термоусадку, чтобы оградить их от температурного воздействия. Для удобной переноски закрепим пружинные зажимы на коробке. После припаяем соответствующие провода и компоненты. Приклеим этикетки к пружинным клеммам в качестве инструкции по подключению.
Модуль Пельтье вырабатывает электричество за счёт разности температур. Радиатор рассеивает тепло за счёт увеличения площади поверхности.
Далее, ток проходит диод Шоттки. Если диода не будет, то батарея будет отдавать всю накопленную энергию на модуль Пельтье.
Шаг 4: Воспользуемся печкой
Чтобы начать пользоваться самоделкой подключим красный провод к пружинному зажиму входного напряжения (отмеченного VIN), а чёрный провод в первый терминал (GND).
Вставьте положительный провод аккумулятора в терминал напряжение (VOUT), а отрицательный провод в другую клемму заземления. Очень важно отметить полярность при подключении проводов. Поместите элемент Пельтье и радиатор над источником тепла крышкой вниз. Чтобы убедиться, что устройство работает правильно, перед зарядкой проверьте напряжение аккумуляторной батареи. Через некоторое время снова повторите измерения.
В качестве источника тепла используем печку, которая сделана своими руками. Она напоминает контейнер с вырезанным отверстием для подачи воздуха.
После испытаний были получены различные показания.
- Источник тепла: печка с прямым пламенем.
- Нагрузка: 1.2 вольт «D-образной» аккумуляторной батареи.
- Температура воздуха (это влияет на перепад температур): — 10 градусов Цельсия.
- Производительность: 2,2-3,2 В;
- Сила тока: 350-400 мА;
- Вт: 0.77-1.28 Вт.
Спасибо за внимание.
( Специально для МозгоЧинов #Fire-Power-Electricity-from-heat» target=»_blank»>)
Термоэлектрический генератор своими руками: видео, фото, инструкция
Многих электриков интересует один очень популярный вопрос – как автономно и бесплатно получить небольшое количество электроэнергии. Очень часто, к примеру, при выезде на природу или походе катастрофически не хватает розетки для подзарядки телефона либо включения светильника. В этом случае Вам поможет самодельный термоэлектрический модуль, собранный на базе элемента Пельтье. С помощью такого устройства можно генерировать ток, напряжением до 5 Вольт, чего вполне хватит для зарядки девайса и подключения лампы в экстренной ситуации. Далее мы расскажем, как сделать термоэлектрический генератор своими руками, предоставив простой мастер-класс в картинках и с видео примерами!
Кратко о принципе действия
Чтобы в дальнейшем Вы понимали, для чего нужны те или иные запчасти при сборке самодельного термоэлектрического генератора, сначала поговорим об устройстве элемента Пельтье и о том, как он работает.
Данный модуль состоит из последовательно соединенных полупроводников – pn переходов, находящихся между керамическими пластинами, как показано на картинке ниже.
Когда через такую цепь проходит электрический ток, происходит так называемый эффект Пельтье — одна сторона модуля нагревается, а вторая – охлаждается. Для чего это нам нужно? Все очень просто, данный эффект работает и в обратном направлении: если одну сторону пластины нагреть, а второю охладить, то можно получить электроэнергию небольшого напряжения и силы тока. Огромное преимущество данного метода в том, что можно использовать любой источник тепла, будь то костер, или горячая кружка с кипятком, остывающая плита и так далее. Для охлаждения можно применять воздух или для более мощных вариантов – обыкновенную воду, которая обязательно найдется даже в условиях похода. Далее переходим к мастер-классам, которые наглядно покажут из чего и как сделать термоэлектрический генератор своими руками.
Мастер-класс по сборке
У нас есть очень подробная и в то же время простая инструкция по сборке самодельного генератора электроэнергии на базе мини-печи и элемента Пельтье.
Она пригодится каждому путешественнику в походе. Для начала Вам необходимо подготовить следующие материалы:
- Непосредственно сам элемент Пельтье с параметрами: максимальный ток 10 А, напряжение 15 Вольт, размеры 40*40*3,4 мм. Маркировка – TEC 1-12710.
- Старый нерабочий блок питания от компьютера (с него нужен только металлический корпус).
- Стабилизатор напряжения, со следующими техническими характеристиками: входное напряжение 1-5 Вольт, на выходе – 5 Вольт. В данной инструкции по сборке термоэлектрического генератора используется модуль с USB выходом, что упростит и сделает безопасным процесс подзарядки современного телефона либо планшета. Эту деталь можно приобрести в магазине радиокомпонентов или в интернете.
- Радиатор. Можно взять от процессора сразу с кулером (вентилятором), как показано на фото.
- Термопаста, продается в компьютерном магазине.
Подготовив все материалы, можно переходить к изготовлению устройства своими руками.
Итак, чтобы Вам было понятнее, как самому сделать генератор, предоставляем пошаговый мастер-класс с картинками и подробным объяснением:
- Разберите старый блок питания и оставьте только корпус. Он будет использоваться, как место розжига огня (так называемая печь). Будьте внимательны, даже на старых блоках питания в высоковольтной части на конденсаторах может остаться опасное для жизни напряжение. Поэтому перед работой оденьте диэлектрические перчатки, убедитесь в отсутствии потенциала на конденсаторе, для уверенности замкните его контакты, и будьте предельно осторожны во время разборки!
- На радиатор нанесите термопасту тонким, однородным слоем и прислоните элемент Пельтье. Устанавливать нужно маркировкой к радиатору, это будет холодная сторона. Если Вы перепутаете стороны местами, в дальнейшем нужно будет поменять полярность проводов, чтобы термоэлектрический генератор работал правильно и не испортил преобразователь. Вместо термопасты вы можете использовать специальный теплопроводный клей, это будет даже лучше: не придется дополнительно крепить радиатор к корпусу.
- К обратной стороне модуля прислоните корпус блока питания, как показано на фото ниже.
- Прикрепите радиатор к корпусу с помощью металлической проволоки.
- К выводам элемента припаяйте стабилизатор напряжения с выходом USB. Кстати, для этого можно сделать паяльник сделать своими руками.
- Аккуратно поместите 5-вольтовый преобразователь в радиаторе и переходите к испытаниям самодельного термоэлектрического генератора. Не забудьте заизолировать преобразователь с помощью изоленты.
Работает термоэлектрический генератор следующим образом: внутрь печи Вы засыпаете дрова, мелкие щепки, поджигаете их и ждете несколько минут, пока одна из сторон термоэлемента не нагреется. Параллельно можно вскипятить воду на решетке. Для подзарядки телефона нужно, чтобы разница между температурами разных сторон была около 100оС. Если охлаждающая часть (радиатор) будет нагреваться, его нужно будет остужать – аккуратно поливать водой, поставить на него кружку с жидкостью, льдом и т.
д. Лучше крепить радиатор так, чтобы его ребра были расположены вертикально, это улучшает отдачу тепла воздуху.
А вот и видео, на котором наглядно показывается, как работает самодельный электрогенератор на дровах:
Генерация электричества из огня
Также можно установить на холодную сторону устройства вентилятор от компьютера, что несколько изменит его конструкцию. Давайте рассмотрим этот вариант по подробнее:
В этом случае кулер будет затрачивать небольшую долю мощности генераторной установки, но в итоге система будет работать с более высоким КПД. Помимо телефонной зарядки модуль Пельтье можно использовать в качестве источника электроэнергии для фонарика, что не менее полезный вариант применения генератора. Еще одна особенность данной конструкции — это способность регулировать высоту над огнем. Для этого автор использует деталь от CD-ROMа (на одном из фото хорошо видно, как самому можно изготовить конструкцию).
Если сделать термоэлектрический генератор своими руками по такой методике, на выходе у Вас может быть до 8 Вольт напряжения, поэтому для подзарядки телефона, нужно подключить понижающий преобразователь, который сделает на выходе стабильные 5 В.
Ну и последний вариант самодельного источника электроэнергии для дома может быть представлен такой схемой: элемент между двух алюминиевых «кирпичиков», медная трубка (водяное охлаждение) и конфорка. Как результат – эффективный генератор, позволяющий получить бесплатное электричество в домашних условиях! Например, при остывании конфорки, когда ей никто не пользуется. Или очень часто люди используют печь для обогрева, так вот часть этой энергии может пойти на зарядку вашего гаджета.
Оригинальная идея — горячая вода, как источник тепла
Второй эксперимент с водой
youtube.com/embed/fR3n_xlO978″ allowfullscreen=»allowfullscreen»/>
Вот мы и предоставили три простых варианта самодельного аппарата, который можно собрать из подручных средств. Теперь Вы знаете как сделать термоэлектрический генератор своими руками, на чем основан принцип работы элемента Пельтье и для чего его можно использовать!
Будет интересным к прочтению:
принцип работы, устройство, обзор популярных моделей
Автор: Кодацкий Сергей
Последнее обновление: Август 2019
Бережное отношение к энергоресурсам продиктовано в первую очередь тем, что практически все природные запасы не бесконечны. Экономное расходование всех видов топлива требует разработки новых систем либо кардинальной модернизации существующих.
Так, газовый котел с электрогенератором – это один из видов гибридных систем, позволяющих разумно распоряжаться голубым топливом. Мы познакомим вас с принципом действия оборудования, вырабатывающего наряду с тепловой энергией электрическую.
Представим типичные модели гибридных агрегатов.
Содержание статьи:
Эффективное потребление энергоресурсов
Даже рядовой обыватель, у которого установлен газовый котел для отопления жилья, может задаваться вопросом о рациональности использования тепловой энергии. Действительно, ведь при сжигании газа в котле, далеко не все выделяемое тепло используется.
Всегда при работе системы отопления какая-то часть тепла безвозвратно утрачивается. Обычно так происходит при выбросе продуктов сгорания из котла в атмосферу. Фактически это утраченная энергия, которой могло бы найтись применение.
О чем конкретно идет речь? О возможности применения впустую “выброшенного” тепла в производстве электрической энергии.
Если исходить из того, что система котла отопления и так оптимизирована с целью максимального повышения КПД, то «выбрасываемая» энергия все равно составляет значительную долю от энергии, которая выделяется при горении топлива
Видами топлива могут быть различны, начиная с банальных дров и всевозможных брикетов, заканчивая наиболее экономичными вариантами: магистральным газом с преобладанием метана в составе, искусственным голубым топливом и пропан-бутановыми сжиженными смесями.
Может показаться, что это далеко не «открытие Америки», но на самом деле разработанная еще в далеком 1943 году Робертом Стирлингом технология, а точнее, установка существует. Ее конструктивные особенности и основной принцип работы позволяет относить эту систему к двигателям внутреннего сгорания.
Почему же тогда не использовалась данная установка на протяжении столь значительно времени? Ответ прост – теоретическая разработка технологии в сороковых годах прошлого века, на практике оказалась очень громоздкой.
Существовавшие на момент разработки технологии и материалы не позволяли сократить размеры установки, а существовавшие методы производства электрической энергии были более рентабельны.
Включение в схему газового котла устройства, перерабатывающего бесполезно расходуемое тепло в электроэнергию, позволяет существенно повысить КПД газоперерабатывающей установки
Что может заставить нас на сегодняшний день задумываться о более бережном отношении к ресурсам, не относящимся к категории возобновляемых? Сейчас во всем мире существует общая проблема – развитие технологий неизбежно ведет к увеличению потребления электрической энергии.
Увеличение потребления происходит настолько стремительными темпами, что сетевые компании не успевают модернизировать системы передачи электрической энергии, не говоря уже про производство. Такая ситуация неизбежно ведет к тому, что элементы систем электроснабжения выходят из строя, а в некоторых случаях такое может происходить с завидной регулярностью.
Термоэлектрический генератор. Термогенератор » принцип работы.
Тема: что такое термогенератор (термоэлектрический генератор), особенности.
Термоэлектрический генератор (термогенератор) — это электрическое устройство, что способно на прямое преобразование тепловой энергии в электрический ток по средствам использования в своей конструкции термоэлементов (различных комбинаций материалов образующих термопары). Принцип действия термогенератора основан на эффекте термо-ЭДС Зеебека, суть которого заключается в преобразовании энергии за счёт разности температур на разных частях устройства, результатом чего становится появление электродвижущей силы на клеммах.
Главный секрет данного эффекта заключается в следующем явлении — при нагревании проводника, электроны внутри данного вещества получают дополнительную энергию, после чего они более активней начинают себя вести. То есть, как мы помним электроны это элементарные частицы которые вращаются вокруг атомов и имеют отрицательный заряд «-». Два тела, имеющие одинаковый вид заряда, стремятся оттолкнуться друг от друга. При нормальной температуре, электроны атома обладают малой энергией, что соответствует определённой силе отталкивания (друг от друга). При повышении температуры, у электронов буде повышаться и их энергия, что повысит и силу взаимного отталкивания.
А теперь посмотрим, как можно использовать данный эффект для получения электричества. Возьмем полупроводник, состоящий из слоя «n» и «p». У первого внутри избыток электронов, у второго их недостаток. При соединении их друг с другом между ними образуется пограничная зона, которая препятствует переходу электронов в то место, где их не хватает.
Тут то и пригодится нам температура. Мы просто начинаем подогревать границу межу двух зон, что даёт электронам дополнительную силу для осуществления перехода с одной зоны в другую. Но в том месте, откуда электроны ушли, естественно, образовался положительный заряд, а туда, куда они пришли, отрицательный. Вот и получили мы с Вами нашу термо-ЭДС. Чем больше разность температуры, тем больше электричества можно получить.
А теперь о самой конструкции термоэлектрического генератора. Есть два полупроводниковых элемента в виде кубиков (слои «n» и «p»). С одной стороны они соединены проводником. Над проводником электроизоляционный слой (который хорошо проводит тепло). Над изоляцией находится слой принимающий тепло. С другой стороны полупроводника каждому из переходов также подсоединен проводник, но он не соединят зоны «n» и «p», а служит контактными выводами. За ним изолятор, после которого слой для охлаждения. В целом получаем две пластины для подогрева и для охлаждения, между которыми через изоляцию расположен полупроводник с отходящими от него контактными выводами.
Данные термогенераторы, к сожалению, обладают очень малым коэффициентом полезного действия (единицы процентов). Следовательно, для масштабного производства электроэнергии их использовать нецелесообразно. Но поскольку, в целом, сам принцип получения электричества подразумевает простоту, вдобавок к этому у способа такие преимущества как — полностью экологичен и безопасен, конструктивно прост и надёжен, не требует особого обслуживания, минимальные габариты, мобильность и т.д., то устройству нашлось иное применение.
Допустим, Вы поехали отдохнуть на природу, и в течение довольно длительного времени у Вас не будет возможности подзарядить свой мобильник от электросети. В этом случае и пригодится термоэлектрический генератор, сделанный самодельно из «модулей Пельтье». Он по размерам около двух пачек сигарет. Тепло для него можно брать от костра или от раскалённых углей. При сборке нескольких модулей можно получить достаточную мощность для питания фонариков, мобильников, приёмников, цифровых фотоаппаратов и т.
д.
Что касается модуля Пельтье — это термоэлектрическое устройство что предназначено для охлаждения компьютерных процессоров. Оно продаётся в компьютерных магазинах и стоит довольно дёшево. Изначально оно работает так: при подключении к нему электропитания, на одной плоскости данного модуля начинает выделяться тепло, а на другой, холод. Но этот модуль обладает и обратным действием, то есть, если одну из его сторон нагреть, а вторую охладить, то на выводах появиться постоянное напряжение. Спаяв и добавив к данному модулю стабилизатор, можно его использовать, как источник питания для цифровых устройств.
P.S. Одно время даже выпускались теплоэлектрогенераторные насадки для керосиновых ламп. Они вполне могли обеспечивать электропитанием транзисторные радиоприемники.
Термоэлектрический генератор (ГТЭ, ТЭГ) — ТЕРМОИНТЕХ
Генератор Термоэлектрический (ГТЭ) — Описание
ГТЭ мощностью 200-400 Вт предназначены для электроснабжения потребителей постоянным током напряжением 12, 24 или 48 В.
В основе работы ГТЭ лежит эффект Зеебека – прямое преобразование тепловой энергии (от сгорания газового топлива) в электроэнергию. ГТЭ представляет собой устройство, включающее в себя основные элементы, необходимые для его работы: газовую горелку, камеру сгорания газового топлива, теплоприемник, термоэлектрический модуль, радиатор, смонтированные на общей раме с конструкцией, обеспечивающей прижим термоэлектрических модулей с усилием 70-100 кг/см2 к поверхности теплоприемника и радиатора. При нагревании одной стороны термоэлектрического модуля и охлаждении другой стороны, на контактах возникает напряжение (ЭДС). Топливом для ГТЭ служит природный газ по ГОСТ 5542 или пропан.
ГТЭ предназначены для следующих условий эксплуатации:
- рабочее значение температуры воздуха при эксплуатации от минус 40 до плюс 50 °С;
- относительная влажность воздуха до 98% при 25 °С;
- высота над уровнем моря не более 4000 м;
- запыленность воздуха, г/м3, не более: 0,5 – для воздуха в помещении с установленным ГТЭ;
- наклон относительно горизонтальной поверхности не допускается.
Номинальная мощность ГТЭ обеспечивается при температуре окружающего воздуха до 20 °С при атмосферном давлении до 89,9 кПа на высоте до 1000 м над уровнем моря.
Повышение температуры окружающей среды более 20 °С даст снижение мощности не более 0,5% на 1 °С.
ГТЭ мощностью 200 Ватт является единичным неразборным изделием (разборка производится только для замены модулей). ГТЭ мощностью 400 Вт состоит из двух генераторов ГТЭ(в)200 в общем кожухе.
Схема условного обозначения термоэлектрического генератора ГТЭ(в)200-24А
| ГТЭ | генератор термоэлектрический |
| в | с воздушным охлаждением |
| 200 (400) | рабочая мощность ГТЭ, Вт |
|
24 (12, 48 и др.) |
рабочее напряжение ГТЭ, В. Заводская установка 24 В |
| А (с автоматикой) | обозначение исполнения ГТЭ (П, Р, РЭЗ, А, АТ) |
Варианты буквенной маркировки генератора:
П – комплект потребителя.
На колодку клеммную выведены провода от модулей, термопар, установлены 1-2 диода для коммутационной развязки, контакты диодов (2-3 шт.) также выведены на клеммы, заводская коммутация на 12 или 24 В. Линия подачи газа отсутствует. Установлена система розжига на 12 или 24 В. Контакты питания розжига также выведены на колодку клеммную. Ответственность за эксплуатацию генератора с литерой «П» несет потребитель.
Р – ГТЭ с ручным управлением. Дополнительно укомплектован: линией подачи газа в составе вентиль, фильтр, э/м клапан с ручным взводом и термопарой (вместо термопары контроля пламени), игольчатый клапан (регулятор давления), манометр. Элементы розжига отсутствуют. Розжиг осуществляется вручную. Возможна установка визуальных органов контроля (вольтметр, амперметр). Ответственность за эксплуатацию генератора с литерой «Р» несет потребитель.
РЭЗ – ГТЭ с ручным управлением, электро-розжигом и защитой. Дополнительно к ГТЭ с литерой «Р» укомплектован: вместо э/м клапана с ручным взводом и термопарой э/м клапан на 12 или 24 В, измеритель-регулятор температуры (2-4 канала с релейными выходами).
Управление режимом работы генератора осуществляется вручную, с визуальным контролем температуры/напряжения/тока. Оборудован защитой от перегрева и затухания пламени, обеспечивается аварийный останов.
А – с автоматикой. Укомплектован: Линией подачи газа (вентиль, фильтр, э/м клапан, игольчатый клапан, манометр или датчик давления), автоматической защитой от погасания пламени, перегрева. Возможны варианты комплектации автоматики.
АТ – с автоматикой и БСНАУ «ТЕРМОИНТЕХ». Укомплектован: Линией подачи газа (вентиль, фильтр, э/м НЗ клапан, игольчатый клапан с электроприводом), электроприводом заслонки вторичного воздуха, блоком управления и мониторинга БСНАУ «ТЕРМОИНТЕХ».
Технические характеристики ГТЭ
|
Генератор термоэлектрический (ГТЭ) |
ГТЭ (в)-200 |
ГТЭ (в)-400 |
|||
|---|---|---|---|---|---|
|
Номинальная мощность, Вт |
200 ± 40 |
400 ± 40 |
|||
|
Режим потребления на собственные нужды |
постоянно |
пиковый (розжиг) |
постоянно |
пиковый (розжиг) |
|
|
Потребляемая мощность собственных нужд, Вт, не более |
с э/м клапаном |
30 |
70 |
60 |
100 |
|
без э/м клапана |
5 |
45 |
10 |
50 |
|
|
Рабочая температура окружающей среды, °С |
От — 40 до + 50 |
||||
|
Номинальная температура окружающей среды, °С |
20 |
||||
|
Номинальное напряжение, В |
12, 24, 48 |
12, 24, 48 |
|||
|
Номинальный ток, А 12 В 24 В 48 В |
16 8 – |
32 16 8 |
|||
|
Ток короткого замыкания, А 12 В 24 В 48 В |
48 24 – |
96 48 24 |
|||
|
Стойкость к токам короткого замыкания |
Режим КЗ не критичен для ГТЭ |
||||
|
Время выхода на номинальный режим, мин. |
40 |
40 |
|||
|
Время восстановления напряжения при сбросе/набросе 100% симметричной нагрузки, сек, не более |
2 |
2 |
|||
|
Электрическое сопротивление изоляции, МОм, не менее |
1 |
1 |
|||
|
Расход природного газа при номинальной нагрузке, не более, нм3/ч |
1,2 |
2,1 |
|||
|
Усилие сжатия модуля между теплоприемником и радиатором, кг/см2 |
70-100 |
||||
|
Рабочее давление газа на входе горелки, кПа |
1,2-3,0 |
||||
|
Максимальное давление на входе ГТЭ, кПа |
10,0 |
||||
|
Рабочая температура горячей стороны, °С |
450-530 |
||||
|
Рабочая температура холодной стороны, °С |
115-125, или до 240 с потерей мощности |
||||
|
Максимальная температура горячей стороны, °С |
580 |
||||
|
Количество термоциклов, шт. |
20 |
||||
|
Масса в упаковке, кг, не более |
150 |
300 |
|||
|
Срок службы, лет |
15 |
||||
|
Габаритные размеры, мм, не более: |
|||||
|
Длина (глубина) |
760 |
935,5 |
|||
|
Ширина |
390,5 |
831 |
|||
|
Высота |
907,5 |
2488,9 |
|||
, не более
не менее
Термогенератор
Термогенераторы — это устройства, которые преобразуют тепло (разность температур) непосредственно в электрическую энергию.
По большей части этот термин является синонимом «термоэлектрический генератор» и редко используется в английском языке. Чаще всего они работают по принципу эффекта Зеебека, с типичной эффективностью около 5-10%. В более старых устройствах на основе Зеебека использовались биметаллические переходы и они были громоздкими, в то время как более современные устройства используют полупроводниковые p-n-переходы и могут иметь толщину в миллиметровом диапазоне.Это твердотельные устройства, и в отличие от динамо-машин у них нет движущихся частей, кроме вентилятора. Таким образом, топливо, такое как природный газ, пропан или керосин, можно использовать для выработки электроэнергии постоянного тока, которая может быть преобразована в переменный ток с помощью инвертора.
Приложения
Использование отработанного тепла в двигателях внутреннего сгорания обещает стать областью применения большого объема. Не только выхлоп, но и охлаждающие агенты. [Новости Recodrive [ http: //www.
recodrive.eu / window.phtml? id = 1089 # 293 source ] ]
ee также
* Теллурид висмута — эффективный термоэлектрический материал
* Сбор энергии
* Автомобильные термоэлектрические генераторы
* термоэлектрические
* Радиоизотоп23 * Термоэлектрическое охлаждение или охладитель Пельтье
* Термоэлектрический эффект
* Электрический генератор
Внешние ссылки
* [ http://www.tellurex.com/12most2.html FAQ ]
* [ http://www.tellurex.com/cthermo.html Термоэлектрический модуль от Tellurex ]
* [ http://www.tdc.co.uk/index.php ? key = ect100 Оценочный комплект для полезного напряжения от Thermoelectric power ]
* [ http://www.nextreme.com/pages/applications/power_generation.html Термоэлектрические генераторы Nextreme ]
* [ http: //www.micropelt.com/products/thermogenerator.
php Micropelt ]
* [ http: // www.perpetuapower.com Perpetua Power Source Technologies ]
* [ http://www.eetimes.com/story/OEG20020507S0012 Умная одежда ]
* [ http://www.epower4.com/ TEG 5000 , 5 кВт Термогенератор ]
* [ http://oldradio.onego.ru/ARTICLES/RADIO/tgk_real_l.htm Термогенератор ТГК-3 для старого русского радио ]
* [ http: // www.dself.dsl.pipex.com/MUSEUM/POWER/thermoelectric/thermoelectric.htm Музей термогенераторов ]
Ссылки
Фонд Викимедиа.2010.
| смотреть | Advance Riko, Inc (Япония)Термоэлектрические системы оценки Advancd Riko, Inc. предлагает оборудование, которое позволяет оценивать коэффициент Зеебека, удельное электрическое сопротивление и теплопроводность, необходимые для измерения добротности независимого материала, а также для измерения эффективности выработки и рекуперации энергии при модульной конструкции. | |||||||||||
| смотреть | Align Sourcing (США)
| |||||||||||
| смотреть | Ecogen Technology (Россия) Ecogen Technologies поможет вам создать систему термостабилизации или выработки электроэнергии. Сотрудники компании являются экспертами в области термоэлектрических процессов. Наши решения уже используются во многих областях: автомобильной, медицинской, космической, нефтегазовой и других отраслях. Наша компания является производителем термоэлектрических элементов и изделий на их основе.Наши продукты работают на основе двух противоположных термоэлектрических эффектов — Пельтье и Зеебека. Поэтому продукция Ecogen Technologies используется как для терморегуляции, так и для выработки электроэнергии. Главный офис и производственные помещения расположены на территории особой экономической зоны в Санкт-Петербурге. Это позволяет компании вести демократичную ценовую политику в отношении постоянных клиентов. | |||||||||||
| смотреть | Ferrotec (США)
Вы ищете основную информацию о термоэлектрической технологии, например о том, как работает устройство Пельтье? Вы можете найти эту информацию в нашем разделе термоэлектрической техники. | |||||||||||
| смотреть | Международное термоэлектрическое общество (Intl.) ПОСКОЛЬКУ единый орган, который может эффективно обращаться к обществу за ресурсами, например, для помощи в создании центров передового опыта, в редактировании и публикации ранее неопубликованных работ, и такой орган может устанавливать единые методы измерения оценка, продвижение образования и координация международного обмена информацией, включая конференции.Мы организуем Международное термоэлектрическое общество. Голы ДЛЯ СОДЕЙСТВИЯ развитию термоэлектрической промышленности, науки и техники; ДЛЯ СОДЕЙСТВИЯ сбору и обмену информацией и образованием, которые принесут пользу сообществу термоэлектриков; ДЛЯ СОДЕЙСТВИЯ систематизации измерений и сравнения материалов и устройств; ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ осведомленности широкой общественности о термоэлектрических проблемах и привлечения более широкого участия; СОДЕЙСТВОВАТЬ форуму обмена информацией и достижениями.-Новостные рассылки; ДЛЯ ПРОДВИЖЕНИЯ механизма координации и продвижения конференций. Общие положения Это общество, организованное вокруг ежегодной конференции. Те, кто посещают ежегодную конференцию или платят взносы, являются членами на два года. Ежегодное собрание Совета директоров ITS проводится непосредственно перед началом Ежегодной конференции. Это сделано для того, чтобы до начала Ежегодной конференции были определены вакантные должности членов Совета директоров в связи с истечением срока полномочий члена Совета или в связи с избранием члена Совета на должность избранного президента (вице-президента). | |||||||||||
| смотреть | KELK Ltd. — член Komatsu Group (Япония) Миссия : Быть ведущим и самым надежным в мире поставщиком точных систем терморегулирования на основе термоэлектрических модулей с выдающимся качеством и инновационными технологиями. Термомодуль Продуктов: Продукты для контроля температуры: Свяжитесь с нами | |||||||||||
| смотреть | Marvel Thermoelectrics (Франция) Marvel Thermoelectrics специализируется на крупномасштабных применениях термоэлектрического охлаждения.
| |||||||||||
| смотреть | P&N Technology (Xiamen) Co., Ltd. (Китай) Профиль компании P&N — растущая технологическая компания, специализирующаяся на предоставлении полной линейки решений для управления тепловым режимом, включая термоэлектрические модули, термоэлектрические сборки и соответствующие индивидуальные услуги.С производственными мощностями 3M ПК (термоэлектрических модулей) для достижения вертикальной интеграции и целей рентабельности. Кроме того, может быть предоставлено 30 тыс. Комплектов ТЭА (термоэлектрических сборок) в год. Все продукты соответствуют требованиям RoHS и REACH и соответствуют уникальным стандартам соответствия, таким как Telcordia, MIL-STDs, TS16949. P&N стремится предоставлять клиентам оптимальные рентабельные продукты и постоянно стремиться к 100% удовлетворенности клиентов и постоянному совершенствованию. Свяжитесь с нами P&N Technology (Xiamen) Co., Ltd. ДОБАВИТЬ: 5 / F Xinfei Building 28th Xiangming Road, Torch (Xiang’an) Hi-tech Zone, Xiamen Fujian China, Почтовый индекс: 361101 Тел .: +86592352 1988 Эл. Почта: [email protected] P&N Tech в Европе Электронная почта : info @ pn-europe.com Телефон : +49 906 7069310-1 Адрес : Joseph-Gaensler-Strasse 10, 86609 Donauwoerth, Германия. Интернет : http://www.pn-europe.com
| |||||||||||
| смотреть | Quick-Ohm Küpper & Co.GmbH (Германия)
| |||||||||||
| смотреть | TE Technology (США)
| |||||||||||
| смотреть | Термион (Украина)
| |||||||||||
| смотреть | Thermoelectric Conversion Systems Ltd (Великобритания) Мы дочерняя компания Университета Глазго.
| |||||||||||
| смотреть | EIC Solutions, Inc. (США)
| |||||||||||
| смотреть | Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе. (Россия) Институт Иоффе — одно из крупнейших в России научно-исследовательских учреждений в области физики и технологий с широким спектром действующих проектов. | |||||||||||
| смотреть | О температуре (США) Этот документ был подготовлен для учителей математики средних школ, участвующих в проекте Skymath.Также есть надежда, что широкой публике это будет интересно. | |||||||||||
| смотреть | О датчиках температуры (н / д) Интернет-руководство по датчикам и измерениям температуры с ежемесячными обзорами, разбивкой по типам датчиков, как контактных, так и бесконтактных, информация о приложениях датчиков, каталоги поставщиков и многое другое. | |||||||||||
| смотреть | АДВ-ИНЖИНИРИНГ (Россия) ООО «АДВ-ИНЖИНИРИНГ».имеет собственное производство высокоэффективных термоэлектрических охлаждающих модулей (элементов Пельтье), охлаждающих и генерирующих материалов с использованием процесса экструзии и мелкосерийного производства коммерческих и потребительских товаров с использованием ТЕМ. | |||||||||||
| смотреть | Advanced Thermoelectric Products (США) Advanced Thermoelectric Products поставляет организациям по всему миру самые современные термоэлектрические (TE) модули и продукты, используемые для охлаждения или контроля температуры продуктов с помощью эффекта Пельтье. | |||||||||||
| смотреть | Alphabet Energy, Inc (США) Наша миссия — обеспечить производство недорогой электроэнергии из любого источника тепла в любом месте.
| |||||||||||
| смотреть | Американский институт физики (США) Задача института — служить физическим и астрономическим наукам, служа обществам, служа отдельным ученым, а также учащимся и широкой общественности. | |||||||||||
comWikipedia
Термоэлектрический генератор ( TEG ), также называемый генератором Зеебека , представляет собой твердотельное устройство, которое преобразует тепловой поток (разность температур) непосредственно в электрическую энергию посредством явления, называемого Зеебеком эффект (форма термоэлектрического эффекта).Термоэлектрические генераторы работают как тепловые двигатели, но менее громоздки и не имеют движущихся частей. Однако ТЭГ обычно более дорогие и менее эффективные. [1]
Термоэлектрические генераторы могут использоваться на электростанциях для преобразования отработанного тепла в дополнительную электроэнергию и в автомобилях в качестве автомобильных термоэлектрических генераторов (ATG) для повышения топливной эффективности. Радиоизотопные термоэлектрические генераторы используют радиоизотопы для создания необходимой разницы температур для питания космических зондов. [1]
История []
В 1821 году Томас Иоганн Зеебек заново открыл, что температурный градиент, образованный между двумя разнородными проводниками, может производить электричество. [2] [3] В основе термоэлектрического эффекта лежит тот факт, что температурный градиент в проводящем материале приводит к тепловому потоку; это приводит к диффузии носителей заряда. Поток носителей заряда между горячей и холодной областями, в свою очередь, создает разницу напряжений.В 1834 году Жан Шарль Атаназ Пельтье обнаружил обратный эффект: прохождение электрического тока через соединение двух разнородных проводников могло, в зависимости от направления тока, заставить его действовать как нагреватель или охладитель. [4]
Строительство []
Термоэлектрические генераторы энергии состоят из трех основных компонентов: термоэлектрических материалов, термоэлектрических модулей и термоэлектрических систем, которые взаимодействуют с источником тепла. [5]
Термоэлектрические материалы []
Термоэлектрические материалы генерируют энергию непосредственно из тепла, преобразуя разницу температур в электрическое напряжение.Эти материалы должны иметь как высокую электропроводность (σ), так и низкую теплопроводность (κ), чтобы быть хорошими термоэлектрическими материалами. Низкая теплопроводность гарантирует, что когда одна сторона нагревается, другая сторона остается холодной, что помогает генерировать большое напряжение в условиях температурного градиента. Мера величины потока электронов в ответ на разницу температур в этом материале определяется коэффициентом Зеебека (S). Эффективность данного материала по выработке термоэлектрической энергии определяется его «добротностью» zT = S 2 σT / κ.
В течение многих лет основными тремя полупроводниками, которые, как известно, имели как низкую теплопроводность, так и высокий коэффициент мощности, были теллурид висмута (Bi 2 Te 3 ), теллурид свинца (PbTe) и кремний-германий (SiGe). Некоторые из этих материалов содержат довольно редкие элементы, которые делают их дорогими. [необходима ссылка ]
Сегодня теплопроводность полупроводников можно снизить, не влияя на их высокие электрические свойства, с помощью нанотехнологий.Это может быть достигнуто путем создания наноразмерных элементов, таких как частицы, провода или границы раздела в объемных полупроводниковых материалах. Однако процессы производства наноматериалов все еще остаются сложными.
Термоэлектрическая цепь, состоящая из материалов с различным коэффициентом Зеебека (полупроводники с примесью p и n), сконфигурированная как термоэлектрический генератор.Термоэлектрические преимущества []
Термоэлектрические генераторы представляют собой полностью твердотельные устройства, которым не требуются жидкости для топлива или охлаждения, что делает их независимыми от ориентации, что позволяет использовать их в условиях невесомости или в открытом море. [6] Твердотельная конструкция позволяет работать в суровых условиях. Термоэлектрические генераторы не имеют движущихся частей, что обеспечивает более надежное устройство, не требующее обслуживания в течение длительного времени. Долговечность и устойчивость к окружающей среде сделали термоэлектрические приборы фаворитом для исследователей дальнего космоса НАСА среди других приложений. [7] Одним из ключевых преимуществ термоэлектрических генераторов за пределами таких специализированных приложений является то, что они потенциально могут быть интегрированы в существующие технологии для повышения эффективности и снижения воздействия на окружающую среду за счет выработки полезной энергии из отработанного тепла. [8]
Термоэлектрический модуль []
Термоэлектрический модуль — это схема, содержащая термоэлектрические материалы, которые вырабатывают электричество непосредственно из тепла. Термоэлектрический модуль состоит из двух разнородных термоэлектрических материалов, соединенных на концах: полупроводника n-типа (с отрицательными носителями заряда) и p-типа (с положительными носителями заряда). В цепи будет протекать постоянный электрический ток, когда между краями материалов существует разница температур.Как правило, величина тока прямо пропорциональна разнице температур:
J = −σS∇T {\ displaystyle \ mathbf {J} = — \ sigma S \ nabla T}
где σ {\ displaystyle \ sigma} — это локальная проводимость, S — коэффициент Зеебека (также известный как термоЭДС), свойство местного материала, а ∇T {\ displaystyle \ nabla T} — температурный градиент.
На практике термоэлектрические модули в производстве электроэнергии работают в очень жестких механических и тепловых условиях.Поскольку они работают в условиях очень высокого температурного градиента, модули подвергаются большим термическим напряжениям и деформациям в течение длительных периодов времени. Они также подвержены механической усталости, вызванной большим количеством термических циклов.
Таким образом, стыки и материалы должны быть выбраны так, чтобы они выдерживали эти жесткие механические и термические условия. Кроме того, модуль должен быть спроектирован так, чтобы два термоэлектрических материала были термически параллельны, но электрически включены последовательно.На эффективность термоэлектрического модуля сильно влияет геометрия его конструкции.
Термоэлектрические системы []
Используя термоэлектрические модули, термоэлектрическая система вырабатывает энергию, забирая тепло от источника, такого как горячий дымоход. Для работы системе необходим большой температурный градиент, что непросто в реальных приложениях. Холодная сторона должна охлаждаться воздухом или водой. Теплообменники используются с обеих сторон модулей для нагрева и охлаждения.
При разработке надежной системы ТЭГ, работающей при высоких температурах, возникает множество проблем. Достижение высокой эффективности в системе требует обширного инженерного проектирования, чтобы сбалансировать тепловой поток через модули и максимизировать температурный градиент между ними. Для этого разработка технологий теплообменников в системе является одним из наиболее важных аспектов проектирования ТЭГ. Кроме того, система требует минимизировать тепловые потери из-за границ раздела материалов в нескольких местах.Еще одно сложное ограничение — избежать больших перепадов давления между источниками нагрева и охлаждения.
Если требуется питание переменного тока (например, для питания оборудования, предназначенного для работы от сети переменного тока), мощность постоянного тока от модулей TE необходимо пропускать через инвертор, что снижает эффективность и увеличивает стоимость и сложность системы.
Материалы для ТЭГ []
Лишь несколько известных на сегодняшний день материалов идентифицированы как термоэлектрические материалы. Большинство термоэлектрических материалов сегодня имеют добротность zT, равную примерно 1, например, в теллуриде висмута (Bi 2 Te 3 ) при комнатной температуре и теллуриде свинца (PbTe) при 500–700 К.Однако, чтобы быть конкурентоспособными с другими системами производства электроэнергии, материалы ТЭГ должны иметь набор [, если он определяется как? ] из 2–3. Большинство исследований в области термоэлектрических материалов было сосредоточено на увеличении коэффициента Зеебека (S) и уменьшении теплопроводности, особенно за счет изменения наноструктуры термоэлектрических материалов. Поскольку и теплопроводность, и электропроводность коррелируют с носителями заряда, необходимо вводить новые средства, чтобы при необходимости примирить противоречие между высокой электропроводностью и низкой теплопроводностью. [9]
При выборе материалов для термоэлектрической генерации необходимо учитывать ряд других факторов. В идеале во время работы термоэлектрический генератор имеет большой градиент температуры. Затем тепловое расширение приведет к возникновению напряжения в устройстве, которое может вызвать разрушение термоэлектрических ветвей или отделение от соединительного материала. Необходимо учитывать механические свойства материалов, а коэффициент теплового расширения материалов n- и p-типа должен быть достаточно хорошо согласован.В сегментированном [, когда определяется как? ] термоэлектрических генераторов, необходимо также учитывать совместимость материала. [ почему? ]
Коэффициент совместимости материала определяется как
s = 1 − zT − 1ST {\ displaystyle s = {\ frac {{\ sqrt {1-zT}} — 1} {ST}}}. [10]
Когда коэффициент совместимости от одного сегмента к другому отличается более чем в два раза, устройство не будет работать эффективно. Параметры материала, определяющие s (а также zT), зависят от температуры, поэтому коэффициент совместимости может изменяться от горячей стороны к холодной стороне устройства даже в одном сегменте.Такое поведение называется самосовместимостью и может стать важным для устройств, предназначенных для работы при низких температурах.
В целом термоэлектрические материалы можно разделить на обычные и новые материалы:
Обычные материалы []
Многие материалы ТЭГ сегодня используются в коммерческих приложениях. Эти материалы можно разделить на три группы по температурному диапазону эксплуатации:
- Низкотемпературные материалы (примерно до 450 K): сплавы на основе висмута (Bi) в сочетании с сурьмой (Sb), теллуром (Te) или селеном (Se).
- Промежуточная температура (до 850 K): например, материалы на основе сплавов свинца (Pb)
- Материал для самых высоких температур (до 1300 K): материалы, изготовленные из кремний-германиевых (SiGe) сплавов. [11]
Хотя эти материалы по-прежнему остаются краеугольным камнем для коммерческого и практического применения в термоэлектрической генерации, значительные успехи были достигнуты в синтезе новых материалов и изготовлении структур материалов с улучшенными термоэлектрическими характеристиками.Недавние исследования были сосредоточены на улучшении добротности материала (zT) и, следовательно, эффективности преобразования за счет снижения теплопроводности решетки. [9]
Новые материалы []
Генерация электричества за счет захвата гибкого термоэлектрического устройства PEDOT: PSS с обеих сторон PEDOT: модель на основе PSS, встроенная в перчатку для выработки электричества за счет тепла тела.Исследователи пытаются разработать новые термоэлектрические материалы для выработки электроэнергии, улучшая добротность zT.Одним из примеров этих материалов является полупроводниковое соединение ß-Zn 4 Sb 3 , которое обладает исключительно низкой теплопроводностью и демонстрирует максимальное значение zT 1,3 при температуре 670K. Этот материал также относительно недорог и стабилен до этой температуры в вакууме и может быть хорошей альтернативой в температурном диапазоне между материалами на основе Bi 2 Te 3 и PbTe. [9] Одним из наиболее интересных достижений в области термоэлектрических материалов была разработка монокристаллического селенида олова, который дал рекордное значение zT, равное 2.6 в одну сторону. [12] Другие новые интересующие материалы включают скуттерудиты, тетраэдриты и кристаллы гремящих ионов. [необходима ссылка ]
Помимо повышения добротности, все большее внимание уделяется разработке новых материалов за счет увеличения выходной электрической мощности, снижения стоимости и разработки экологически чистых материалов. Например, когда стоимость топлива низкая или почти бесплатная, например, при утилизации отработанного тепла, тогда стоимость ватта определяется только мощностью на единицу площади и продолжительностью эксплуатации.В результате он инициировал поиск материалов с высокой выходной мощностью, а не эффективностью преобразования. Например, соединения редкоземельных элементов YbAl 3 имеют низкую добротность, но они имеют выходную мощность, по крайней мере, в два раза больше, чем у любого другого материала, и могут работать в температурном диапазоне источника отходящего тепла. [9]
Новая обработка []
Для увеличения добротности (zT) теплопроводность материала должна быть минимизирована, а его электрическая проводимость и коэффициент Зеебека — максимальными.В большинстве случаев методы увеличения или уменьшения одного свойства приводят к такому же эффекту на другие свойства из-за их взаимозависимости. Новая технология обработки использует рассеяние на разных частотах фононов для избирательного уменьшения теплопроводности решетки без типичных отрицательных эффектов на электрическую проводимость из-за одновременного повышенного рассеяния электронов. [13] В тройной системе висмут-сурьма и теллур жидкофазное спекание используется для создания низкоэнергетических полукогерентных границ зерен, которые не оказывают значительного эффекта рассеяния на электронах. [14] Прорыв — это приложение давления к жидкости в процессе спекания, которое создает нестационарный поток жидкости, богатой Te, и способствует образованию дислокаций, которые значительно уменьшают проводимость решетки. [14] Возможность выборочного уменьшения проводимости решетки приводит к заявленному значению zT 1,86, что является значительным улучшением по сравнению с текущими коммерческими термоэлектрическими генераторами с zT ~ 0,3–0,6. [15] Эти усовершенствования подчеркивают тот факт, что помимо разработки новых материалов для термоэлектрических применений, использование различных методов обработки для создания микроструктуры является жизнеспособным и стоящим усилием.Фактически, часто имеет смысл работать над оптимизацией как состава, так и микроструктуры. [16]
КПД []
Типичный КПД ТЭГ составляет около 5–8%. В более старых устройствах использовались биметаллические переходы и они были громоздкими. В более поздних устройствах используются высоколегированные полупроводники, изготовленные из теллурида висмута (Bi 2 Te 3 ), теллурида свинца (PbTe), [17] оксида марганца кальция (Ca 2 Mn 3 O 8 ) , [18] [19] или их комбинации, [20] в зависимости от температуры.Это твердотельные устройства, и в отличие от динамо-машин у них нет движущихся частей, за редким исключением вентилятора или насоса.
Использует []
Термоэлектрические генераторы имеют множество применений. Часто термоэлектрические генераторы используются для маломощных удаленных приложений или там, где более громоздкие, но более эффективные тепловые двигатели, такие как двигатели Стирлинга, были бы невозможны. В отличие от тепловых двигателей твердотельные электрические компоненты, обычно используемые для преобразования тепловой энергии в электрическую, не имеют движущихся частей.Преобразование тепловой энергии в электрическую может выполняться с использованием компонентов, которые не требуют обслуживания, обладают высокой надежностью и могут использоваться для создания генераторов с длительным сроком службы без обслуживания. Это делает термоэлектрические генераторы хорошо подходящими для оборудования с низким или умеренным потреблением энергии в удаленных необитаемых или труднодоступных местах, таких как горные вершины, космический вакуум или глубокий океан.
- Распространенное применение — использование термоэлектрических генераторов на газопроводах.Например, для катодной защиты, радиосвязи и другой телеметрии. На газопроводах с потребляемой мощностью до 5 кВт тепловые генераторы предпочтительнее других источников энергии. Производителями генераторов для газопроводов являются Gentherm Global Power Technologies (ранее Global Thermoelectric) (Калгари, Канада) и TELGEN (Россия). Термоэлектрические генераторы
- в основном используются в качестве удаленных и автономных генераторов электроэнергии для необитаемых объектов. Они являются наиболее надежными генераторами энергии в таких ситуациях, поскольку у них нет движущихся частей (поэтому они практически не требуют технического обслуживания), работают днем и ночью, работают в любых погодных условиях и могут работать без резервного аккумулятора.Хотя солнечные фотоэлектрические системы также реализованы в удаленных местах, солнечные фотоэлектрические системы могут не быть подходящим решением там, где солнечная радиация низкая, то есть в областях на более высоких широтах со снегом или без солнечного света, в областях с большим количеством облаков или навеса деревьев, пыльных пустынях, лесах, пр.
- Gentherm Global Power Technologies (GPT), ранее известная как Global Thermoelectric (Канада), имеет решения Hybrid Solar-TEG, в которых термоэлектрический генератор поддерживает солнечную батарею, так что если солнечная панель выходит из строя, а резервная батарея резервного питания переходит в глубокую разрядку затем датчик запускает ТЭГ в качестве резервного источника питания до тех пор, пока Солнечная энергия снова не заработает.Тепло ТЭГ может производиться пламенем низкого давления, работающим на пропане или природном газе.
- Многие космические зонды, в том числе марсоход Mars Curiosity , вырабатывают электричество с помощью радиоизотопного термоэлектрического генератора, источником тепла которого является радиоактивный элемент.
- Автомобили и другие автомобили выделяют отходящее тепло (в выхлопных газах и охлаждающих агентах). Сбор этой тепловой энергии с помощью термоэлектрического генератора может повысить топливную экономичность автомобиля. Были исследованы термоэлектрические генераторы для замены генераторов переменного тока в автомобилях, демонстрирующих 3.Снижение расхода топлива на 45%, что означает экономию в миллиарды долларов ежегодно. [21] Согласно прогнозам, в будущем пробег гибридных автомобилей увеличится на 10%. [22] Было заявлено, что потенциальная экономия энергии может быть выше для бензиновых двигателей, чем для дизельных двигателей. [23] Подробнее читайте в статье: Автомобильный термоэлектрический генератор.
- Помимо автомобилей, отработанное тепло также генерируется во многих других местах, например, в промышленных процессах и отоплении (дровяные печи, котлы на открытом воздухе, приготовление пищи, нефтегазовые месторождения, трубопроводы и удаленные башни связи).
- Микропроцессоры выделяют отходящее тепло. Исследователи подумали, можно ли переработать часть этой энергии. [24] (Тем не менее, см. Ниже о проблемах, которые могут возникнуть.)
- Солнечные элементы используют только высокочастотную часть излучения, а низкочастотную тепловую энергию тратят впустую. Было зарегистрировано несколько патентов на использование термоэлектрических устройств в тандеме с солнечными элементами. [25] Идея состоит в том, чтобы повысить эффективность комбинированной солнечной / термоэлектрической системы для преобразования солнечного излучения в полезное электричество.
- Термоэлектрические генераторы также исследовались как автономные солнечно-тепловые элементы. Интеграция термоэлектрических генераторов была непосредственно интегрирована в солнечную тепловую ячейку с КПД 4,6%. [26]
- Корпорация Maritime Applied Physics в Балтиморе, штат Мэриленд, разрабатывает термоэлектрический генератор для выработки электроэнергии на глубоководном морском дне океана, используя разницу температур между холодной морской водой и горячими флюидами, выделяемыми гидротермальными источниками, горячими просачиваниями или из пробуренных геотермальных скважин.Высоконадежный источник электроэнергии на морском дне необходим для океанских обсерваторий и датчиков, используемых в геологических, экологических и океанологических науках, разработчиками минеральных и энергетических ресурсов морского дна, а также военными. Недавние исследования показали, что глубоководные термоэлектрические генераторы для крупных энергетических установок также являются экономически выгодными. [27]
- Энн Макосински из Британской Колумбии, Канада, разработала несколько устройств с использованием плиток Пельтье для сбора тепла (от руки человека, [28] лба и горячего напитка [29] ), которые утверждают, что генерируют достаточно электричества для питания Светодиодный свет или зарядка мобильного устройства, хотя изобретатель признает, что яркость светодиодного света не может конкурировать с имеющимися на рынке. [30]
Практические ограничения []
Помимо низкой эффективности и относительно высокой стоимости, существуют практические проблемы с использованием термоэлектрических устройств в определенных типах приложений, возникающие из-за относительно высокого электрического выходного сопротивления, которое увеличивает самонагрев, и относительно низкой теплопроводности, что делает их непригодными для приложений, где отвод тепла имеет решающее значение, как и отвод тепла от электрического устройства, такого как микропроцессоры.
- Высокое выходное сопротивление генератора: Чтобы получить уровни выходного напряжения в диапазоне, требуемом для цифровых электрических устройств, общий подход заключается в последовательном размещении множества термоэлектрических элементов внутри модуля генератора.Напряжения элементов увеличиваются, но увеличивается и их выходное сопротивление. Теорема о передаче максимальной мощности гласит, что максимальная мощность передается на нагрузку, когда сопротивления источника и нагрузки идентичны. Для нагрузок с низким импедансом, близких к нулю, по мере увеличения сопротивления генератора мощность, подаваемая на нагрузку, уменьшается. Чтобы снизить выходное сопротивление, некоторые коммерческие устройства размещают больше отдельных элементов параллельно и меньше последовательно и используют повышающий стабилизатор для повышения напряжения до напряжения, необходимого для нагрузки.
- Низкая теплопроводность: Поскольку для передачи тепловой энергии от источника тепла, такого как цифровой микропроцессор, требуется очень высокая теплопроводность, низкая теплопроводность термоэлектрических генераторов делает их непригодными для рекуперации тепла.
- Отвод тепла с холодной стороны воздухом: В термоэлектрических устройствах с воздушным охлаждением, например, при отборе тепловой энергии из картера автомобиля, большое количество тепловой энергии, которое должно рассеиваться в окружающий воздух, представляет собой серьезную проблему.По мере повышения температуры холодной стороны термоэлектрического генератора дифференциальная рабочая температура устройства уменьшается. С повышением температуры электрическое сопротивление устройства увеличивается, вызывая больший паразитный саморазогрев генератора. В автомобилях для улучшения отвода тепла иногда используется дополнительный радиатор, хотя использование электрического водяного насоса для циркуляции охлаждающей жидкости увеличивает паразитные потери общей выходной мощности генератора. Водяное охлаждение холодной стороны термоэлектрического генератора, как при выработке термоэлектрической энергии из горячего картера бортового лодочного двигателя, не страдает от этого недостатка.Вода — охлаждающая жидкость, которую гораздо проще использовать, чем воздух.
Рынок будущего []
В то время как технология ТЭГ использовалась в военных и аэрокосмических приложениях в течение десятилетий, новые материалы и системы TE разрабатываются для выработки энергии с использованием низко- или высокотемпературного отходящего тепла, и это может предоставить значительные возможности в ближайшем будущем. Эти системы также можно масштабировать до любого размера и иметь более низкие затраты на эксплуатацию и обслуживание.
В целом, инвестиции в технологию ТЭГ быстро растут.Мировой рынок термоэлектрических генераторов оценивается в 320 миллионов долларов США в 2015 году. Согласно недавнему исследованию, ожидается, что TEG достигнет 720 миллионов долларов в 2021 году с темпами роста 14,5%. Сегодня Северная Америка занимает 66% доли рынка, и в ближайшем будущем она будет оставаться крупнейшим рынком. [31] Однако, согласно прогнозам, в странах Азиатско-Тихоокеанского региона и Европы темпы роста будут относительно высокими. Исследование показало, что Азиатско-Тихоокеанский рынок будет расти со среднегодовым темпом роста (CAGR) 18.3% в период с 2015 по 2020 годы из-за высокого спроса на термоэлектрические генераторы со стороны автомобильной промышленности для повышения общей топливной эффективности, а также растущей индустриализации в регионе. [32]
Малогабаритные термоэлектрические генераторы также находятся на ранних стадиях исследования носимых технологий, чтобы сократить или заменить зарядку и продолжительность ускоренной зарядки. Недавние исследования были сосредоточены на новой разработке гибкого неорганического термоэлектрика, селенида серебра, на нейлоновой подложке.Термоэлектрики представляют собой особую синергию с носимыми устройствами, собирая энергию непосредственно из человеческого тела, создавая автономное устройство. В одном проекте использовался селенид серебра n-типа на нейлоновой мембране. Селенид серебра — это полупроводник с узкой запрещенной зоной, обладающий высокой электропроводностью и низкой теплопроводностью, что делает его идеальным для термоэлектрических применений. [33]
ТЭГ малой мощности или рынок «субватт» (т. Е. Генерирующий пиковую мощность до 1 Вт) — это растущая часть рынка ТЭГ, использующая новейшие технологии. Лю, Липенг (2014). «Возможность создания крупномасштабных электростанций на термоэлектрических эффектах». Новый физический журнал . 16 (12): 123019. Bibcode: 2014NJPh … 16l3019L. DOI: 10,1088 / 1367-2630 / 16/12/123019.
Семь основных источников электроэнергии, о которых вы должны знать
Сама мысль о мире без электричества кажется невозможной. Это один из величайших даров, которые наука дала человечеству. Почти все в нашем мире сегодня зависит от электроэнергии.
Ожидается, что электрическая зависимость со временем будет только расти. Оценки показывают, что в 2018 году мировой спрос на электроэнергию вырос до 23000 ТВтч, и это число, вероятно, будет увеличиваться с каждым годом. Этот стремительно растущий спрос отвечает за половину роста потребностей в энергии и составляет 20% от общего потребления энергии во всем мире.
СВЯЗАННЫЕ: 3+ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ, ГЕНЕРИРУЮЩИХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ ДЛЯ США
Эти статистические данные ясно показывают, что электричество — это генератор будущего.Тем не менее, как мы можем генерировать такое ошеломляющее количество электроэнергии для удовлетворения постоянно растущих потребностей? Давайте узнаем!
Определение электричества
Электричество можно определить как форму энергии, которая вырабатывается в результате потока электронов из положительных и отрицательных точек внутри проводника. Мы рассматриваем электричество как вторичный источник энергии.
Это связано с тем, что он не поставляется в виде готового продукта, а должен быть получен из первичных источников, таких как ветер, солнечный свет, уголь, природный газ, реакции ядерного деления и гидроэнергетика.
Вот несколько основных способов, с помощью которых мы можем производить электричество, и как это можно сделать!
1. Электричество через трение
Первые наблюдения электрических явлений были сделаны в Древней Греции. Это произошло, когда философ Фалес Милетский (640–546 гг. До н.э.) обнаружил, что когда янтарные бруски натирают о загорелую кожу, они приобретают привлекательные характеристики, которыми раньше не обладали.
Это тот же эксперимент, который теперь можно провести, протерев пластиковый стержень тканью.Поднося его ближе к маленьким кусочкам бумаги, он притягивает их, как это характерно для наэлектризованных тел.
Все мы знакомы с эффектами статического электричества. Некоторые люди более подвержены влиянию статического электричества, чем другие. Некоторые пользователи автомобилей ощущают его воздействие при нажатии на ключ или прикосновении к пластине автомобиля.
Мы создаем статическое электричество, когда протираем ручку одеждой. То же самое происходит, когда мы натираем стекло о шелк или янтарь с шерсти.
Следовательно, понятия заряда и подвижности необходимы при изучении электричества, и без них электрический ток не мог бы существовать.
2. Электричество за счет химического воздействия
Все батареи состоят из электролита (который может быть жидким, твердым или полутвердым), положительного и отрицательного электрода. Электролит — это ионный проводник.
Один из электродов производит электроны, а другой электрод их принимает.Когда электроды подключены к питаемой цепи, они производят электрический ток.
Батареи, в которых химическое вещество не может вернуться в исходную форму после преобразования химической энергии в электрическую, называются первичными или гальваническими батареями.
Батареи или аккумуляторы двусторонние. В этих типах батарей химическое вещество, которое реагирует в электродах с образованием электрической энергии, может быть восстановлено путем пропускания через него электрического тока в направлении, противоположном нормальной работе батареи.
3. Электричество под действием света
По мере того, как солнечный свет становится более интенсивным, напряжение, генерируемое между двумя слоями фотоэлектрического элемента, увеличивается. Но как работает фотоэлемент?
При отсутствии света система не вырабатывает энергию. Когда солнечный свет попадает на пластину, клетка начинает функционировать. Фотоны солнечного света взаимодействуют с доступными электронами и увеличивают их энергетические уровни.
Таким образом, электричество вырабатывается за счет солнечной энергии.
4. Тепловое электричество за счет теплового воздействия
Тепловая генерирующая установка — это тип установки, в которой турбина, приводимая в действие паром под давлением, используется для перемещения оси электрогенераторов. Обычные тепловые электростанции и атомные тепловые электростанции используют энергию, содержащуюся в сжатом паре.
Самый простой пример — подключить чайник, полный кипятка, к лопаточному колесу, которое, в свою очередь, соединено с генератором. Струя пара из котла приводит в движение ротор.
Следовательно, мы можем получить пар разными способами, например, сжигая уголь, нефть, газ, городские отходы или используя большое количество тепла, выделяемого реакциями ядерного деления. Вы даже можете производить пар, концентрируя энергию солнца.
Не будет ошибкой сказать, что тепловая энергия — один из самых распространенных способов производства электроэнергии.
5. Электричество за счет магнетизма
В 1819 году датский физик Ганс Кристиан Эрстед сделал необычайное открытие, обнаружив, что магнитную стрелку можно отклонять электрическим током.Это открытие, которое показало связь между электричеством и магнетизмом, было разработано французским ученым Андре Мари Ампером.
Ампер изучил силы между проводами, по которым циркулируют электрические токи. В том же духе французский физик Доминик Франсуа Араго, как известно, намагнитил железо, поместив его рядом с кабелем, по которому проходит ток.
После этого, в 1831 году, британский ученый Майкл Фарадей обнаружил, что движение магнита вблизи кабеля индуцирует в нем электрический ток.Этот эффект был противоположен обнаруженному Эрстедом.
Таким образом, Эрстед продемонстрировал, что электрический ток может создавать магнитное поле. С другой стороны, Фарадей продемонстрировал, что мы можем использовать магнитное поле для создания электрического тока. Оба открытия являются новаторскими.
В этом контексте полное смешение теорий магнетизма и электричества произошло благодаря британскому физику Джеймсу Клерку Максвеллу. Максвелл предсказал существование электромагнитных волн и определил свет как электромагнитное явление.
Очевидно, потребовалось много ученых и исследователей, чтобы сделать вывод, что электричество также может быть произведено с помощью магнетизма.
6. Электроэнергия, вырабатываемая под давлением
Давление, оказываемое подземными водными потоками, — процесс, используемый на больших судах в качестве альтернативной энергии основной системы. В плотинах электричество вырабатывается путем выпуска контролируемого потока воды под высоким давлением через принудительный трубопровод.
Вода приводит в движение турбины, которые приводят в движение генераторы и, таким образом, вырабатывают электрический ток.Затем этот высокий ток низкого напряжения проходит через усилитель напряжения, который преобразует его в электричество.
7. Гидравлическое электричество за счет действия воды
Из всех перечисленных выше способов генерации энергии магнитная энергия чаще всего используется для производства электроэнергии в больших количествах. Его производство основано на том, что при перемещении проводника в присутствии магнита в проводнике происходит упорядоченное движение электронов.
Это происходит в результате сил притяжения и отталкивания, вызванных магнитным полем.Работа генераторов переменного тока, двигателей и динамо-машин основана на этой форме производства электроэнергии.
Примечательно, что гидроэлектроэнергия вырабатывает около 9% электроэнергии в США. Более того, он является возобновляемым и может производиться с очень небольшим количеством выбросов.
СВЯЗАННЫЕ С: 21 ТОП-21 ПЛОТИНА В МИРЕ, ПОЛУЧАЮЩАЯ НАИБОЛЬШОЕ КОЛИЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Производство электроэнергии имеет богатую историю и еще более светлое будущее.