Generator termoelektrik energi listrik TEG

Materi tersebut menceritakan tentang prinsip pengoperasian generator termoelektrik dan area penerapannya.

Bagian terbesar dari listrik sekarang diproduksi oleh pembangkit listrik tenaga panas. Dengan membakar bahan bakar fosil, turbin generator listrik digerakkan di stasiun melalui pembawa panas perantara (uap super panas). Rantai produksi energi itu rumit, berbahaya, dan mahal. Tapi itu memungkinkan Anda membuat unit yang kuat untuk menghasilkan energi listrik dengan efisiensi (efisiensi) tinggi.

Apakah ada alternatif untuk konversi panas menjadi listrik yang lebih mudah? Fisika mengatakan ya. Tech mengatakan, "Belum." Tentang siapa yang benar dan apa kesulitannya dalam mengubah panas menjadi energi, bahan artikel ini. Metode konversi panas langsung menjadi arus listrik telah dikenal sejak tahun 1821, ketika fenomena termoelektrik, yang sekarang dikenal sebagai efek Seebekov, ditemukan.

Ketika kontak dua logam yang berbeda dipanaskan, perbedaan potensial muncul di ujung kabel, dan ketika ditutup, arus mulai mengalir melalui rangkaian. Fisikawan dengan cepat menyadari bahwa besarnya arus secara langsung bergantung pada jenis bahan, perbedaan suhu antara sambungan dingin dan panas logam, konduktivitas termal, dan ketahanan logam. Perbedaan suhu yang besar dan konduktivitas yang tinggi meningkatkan arus, sedangkan konduktivitas termal yang tinggi melemahkan efeknya.

Setelah lama mencoba membuat generator termoelektrik (TEG) menggunakan logam, termasuk logam mulia, ide ini ditinggalkan. Logam memiliki resistansi rendah, yang memungkinkan untuk memisahkan persimpangan dingin dan panas spasial, tetapi konduktivitas termal yang tinggi dan, karenanya, aliran panas dari luar mengurangi efisiensi elemen. Efisiensi yang dihasilkan dari elemen TEG yang terbuat dari logam tidak melebihi 1-2%. Efeknya telah lama dilupakan dan persimpangan logam yang berbeda hanya digunakan dalam teknik pengukuran. Ini adalah termokopel yang sudah dikenal untuk mengukur suhu.

Proyek praktis pertama TEG muncul hanya sebelum Perang Dunia Kedua. Ilmuwan Rusia Yofe menyarankan untuk menggunakan semikonduktor dengan berbagai jenis konduktivitas daripada sepasang logam yang berbeda. Dalam hal ini, perbedaan potensial dan kekuatan elemen TEG meningkat ratusan kali lipat. Generator TEG-1 pertama mulai diproduksi pada tahun 1942 dan disebut "Guerrilla Bowler". Dipasang di atas api, generator menghasilkan daya 2 hingga 4 watt, cukup untuk menyalakan radio biasa.

Saat ini, keturunan generator pertama melayani ahli geologi, turis, dan penduduk di daerah terpencil.Kekuatan generator semacam itu kecil - dari 2 hingga 20 watt. Generator yang lebih bertenaga (dari 25 hingga 500 W) dipasang pada pipa gas utama ke perkakas listrik atau perlindungan katodik pipa. Generator dengan daya 1 kW atau lebih peralatan stasiun cuaca, tetapi membutuhkan sumber panas suhu tinggi: misalnya gas.

Tidak banyak yang bisa dikatakan tentang generator eksotis yang mengubah panas peluruhan radioaktif langsung menjadi listrik—lingkupnya terlalu sempit dan informasinya sensitif. Hanya diketahui bahwa masing-masing satelit di luar angkasa dilengkapi dengan instalasi semacam itu untuk catu daya berkelanjutan ke peralatan.

Sebagai contoh produk modern, perhatikan parameternya termogenerator tipe B25-12... Daya listrik keluarannya 25W pada tegangan 12V. Suhu kerja zona panas tidak lebih dari 400 derajat, beratnya mencapai 8,5 kg, harganya sekitar 15.000 rubel. Generator semacam itu (biasanya minimal 2) digunakan bersama dengan ketel gas untuk memanaskan ruangan.

Menurut prinsip yang sama, model TEG lebih bertenaga dengan daya 200 watt. Bersamaan dengan ketel gas untuk memanaskan pondok, mereka menyediakan listrik tidak hanya untuk otomatisasi ketel dan pompa sirkulasi air, tetapi juga untuk peralatan rumah tangga dan penerangan.

Terlepas dari kesederhanaan dan keandalannya (tidak ada bagian yang bergerak), TEG belum diadopsi secara luas. Alasannya adalah efisiensi yang sangat rendah, yang tidak melebihi 5-7% bahkan dengan bahan semikonduktor. Perusahaan yang mengembangkan generator semacam itu membuatnya dalam jumlah kecil sesuai pesanan. Kurangnya permintaan massal menyebabkan harga produk tinggi.

Situasi dapat berubah dengan munculnya bahan baru untuk konverter termal... Namun sejauh ini, sains tidak perlu dibanggakan: sampel TEG terbaik belum berhasil melewati faktor efisiensi 20%. Dalam situasi ini, brosur iklan TEG, yang efisiensinya dinyatakan lebih dari 90%, terlihat agak lucu. Mungkin sudah waktunya bagi para ilmuwan untuk belajar dari para pemasar yang bersemangat?