2024 Autor: Beatrice Philips | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 05:31
Thermische Kraftwerke gelten weltweit als die günstigste Möglichkeit zur Energiegewinnung. Aber es gibt eine Alternative zu dieser umweltfreundlichen Methode - thermoelektrische Generatoren (TEG).
Was ist das?
Ein thermoelektrischer Generator ist ein Gerät, dessen Aufgabe es ist, mithilfe eines Systems von Thermoelementen thermische Energie in Elektrizität umzuwandeln.
Der Begriff der "thermischen" Energie wird in diesem Zusammenhang nicht ganz richtig interpretiert, da Wärme nur eine Methode zur Umwandlung dieser Energie bedeutet.
TEG ist ein thermoelektrisches Phänomen, das erstmals in den 20er Jahren des 19. Jahrhunderts von dem deutschen Physiker Thomas Seebeck illustriert wurde . Das Ergebnis von Seebecks Forschung wird als elektrischer Widerstand in einem Stromkreis aus zwei unterschiedlichen Materialien interpretiert, aber der ganze Prozess läuft nur in Abhängigkeit von der Temperatur ab.
Gerät und Funktionsprinzip
Das Funktionsprinzip eines thermoelektrischen Generators, oder auch Wärmepumpe genannt, beruht auf der Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie unter Verwendung von Thermoelementen aus Halbleitern, die parallel oder in Reihe geschaltet sind.
Im Zuge der Forschung wurde von einem deutschen Wissenschaftler ein völlig neuer Peltier-Effekt geschaffen , was darauf hinweist, dass ganz unterschiedliche Materialien von Halbleitern beim Löten es ermöglichen, den Temperaturunterschied zwischen ihren seitlichen Punkten zu detektieren.
Aber wie verstehen Sie, wie dieses System funktioniert? Alles ist ganz einfach, ein solches Konzept basiert auf einem bestimmten Algorithmus: Wenn eines der Elemente gekühlt und das andere erhitzt wird, erhalten wir die Energie von Strom und Spannung. Das Hauptmerkmal, das diese spezielle Methode von den anderen unterscheidet, ist, dass hier alle Arten von Wärmequellen verwendet werden können ., einschließlich eines kürzlich ausgeschalteten Herdes, einer Lampe, eines Feuers oder sogar einer Tasse mit nur eingegossenem Tee. Nun, das Kühlelement ist meistens Luft oder normales Wasser.
Wie funktionieren diese Thermogeneratoren? Sie bestehen aus speziellen Thermobatterien, die aus Leitermaterialien bestehen, und Wärmetauschern unterschiedlicher Temperaturen der Thermosäulen-Verbindungen.
Der elektrische Schaltplan sieht so aus: Thermoelemente von Halbleitern, rechteckige Schenkel mit n- und p-Leitfähigkeit, verbundene Platten aus kalten und heißen Legierungen sowie hohe Lasten.
Unter den positiven Aspekten des thermoelektrischen Moduls wird die Möglichkeit der absoluten Verwendung unter allen Bedingungen erwähnt ., auch auf Wanderungen, und außerdem Transportfreundlichkeit. Außerdem gibt es keine beweglichen Teile, die schnell verschleißen.
Zu den Nachteilen gehören bei weitem keine geringen Kosten, eine geringe Effizienz (ca. 2-3%) sowie die Bedeutung einer anderen Quelle, die einen rationellen Temperaturabfall ermöglicht.
Es sollte angemerkt werden, dass Wissenschaftler arbeiten aktiv an den Möglichkeiten zur Verbesserung und Beseitigung aller Fehler bei der Energiegewinnung auf diese Weise … Es werden Experimente und Forschungen durchgeführt, um die effizientesten thermischen Batterien zu entwickeln, die zur Steigerung der Effizienz beitragen.
Es ist jedoch ziemlich schwierig, die Optimalität dieser Optionen zu bestimmen, da sie ausschließlich auf praktischen Indikatoren basieren, ohne eine theoretische Grundlage zu haben.
Bei all den Unzulänglichkeiten, nämlich der Materialunzulänglichkeit für Thermopile-Legierungen, ist es eher schwierig, von einem Durchbruch in naher Zukunft zu sprechen.
Es gibt eine Theorie, dass Physiker derzeit eine technologisch neue Methode verwenden werden, um Legierungen durch effizientere zu ersetzen, getrennt mit der Einführung der Nanotechnologie . Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, nicht-traditionelle Quellen zu verwenden. An der University of California wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem thermische Batterien durch ein synthetisiertes künstliches Molekül ersetzt wurden, das als Bindemittel für goldmikroskopische Halbleiter diente. Nach den durchgeführten Experimenten wurde klar, dass nur die Zeit die Wirksamkeit der aktuellen Forschung zeigen wird.
Typenübersicht
Je nach Erzeugungsart von Strom, Wärmequellen und alle thermoelektrischen Generatoren sind von verschiedenen Typen abhängig von den Typen der beteiligten Strukturelemente.
Treibstoff . Wärme wird durch die Verbrennung von Brennstoffen, die Kohle, Erdgas und Öl sind, sowie durch die Verbrennung pyrotechnischer Gruppen (Checkers) gewonnen.
Atomare thermoelektrische Generatoren , in dem die Wärmequelle eines Atomreaktors (Uran-233, Uran-235, Plutonium-238, Thorium) ist, oft ist hier eine Wärmepumpe die zweite und dritte Umwandlungsstufe.
Solargeneratoren erzeugen Wärme aus uns im Alltag bekannten Solarkommunikatoren (Spiegel, Linsen, Heatpipes).
Recyclinganlagen erzeugen Wärme aus allen möglichen Quellen, wodurch Abwärme (Ab- und Rauchgase etc.) freigesetzt wird.
Radioisotop Wärme wird durch den Zerfall und die Spaltung von Isotopen gewonnen, dieser Vorgang ist durch die Unkontrollierbarkeit der Spaltung selbst gekennzeichnet, und das Ergebnis ist die Halbwertszeit der Elemente.
Thermoelektrische Gradientengeneratoren basieren auf der Temperaturdifferenz ohne äußere Einwirkung: zwischen der Umgebung und dem Versuchsort (speziell ausgerüstete Geräte, Industrieleitungen etc.) mit dem anfänglichen Anlaufstrom. Der angegebene Typ eines thermoelektrischen Generators wurde unter Nutzung der aus dem Seebeck-Effekt gewonnenen elektrischen Energie zur Umwandlung in thermische Energie nach dem Joule-Lenz-Gesetz verwendet.
Anwendungen
Aufgrund ihres geringen Wirkungsgrades werden thermoelektrische Generatoren häufig verwendet wo es keine anderen Energiequellen gibt, sowie bei Prozessen mit erheblicher Wärmeknappheit.
Holzöfen mit Elektrogenerator
Dieses Gerät zeichnet sich durch das Vorhandensein einer emaillierten Oberfläche, einer Stromquelle, einschließlich einer Heizung aus. Die Leistung eines solchen Geräts kann ausreichen, um ein mobiles Gerät oder andere Geräte über die Zigarettenanzünderbuchse für Autos aufzuladen . Basierend auf den Parametern kann geschlossen werden, dass der Generator ohne normale Bedingungen, dh ohne Vorhandensein von Gas, Heizung und Strom, betrieben werden kann.
Industrielle thermoelektrische Generatoren
BioLite hat ein neues Modell zum Wandern vorgestellt - einen tragbaren Kocher, der nicht nur Essen aufwärmt, sondern auch Ihr mobiles Gerät auflädt. All dies ist dank des in dieses Gerät eingebauten thermoelektrischen Generators möglich.
Dieses Gerät wird Sie perfekt auf Wanderungen, Angeln oder überall abseits aller Bedingungen der modernen Zivilisation bedienen. Die Arbeit des BioLite-Generators zeichnet sich durch die Verbrennung von Kraftstoff aus, der sequentiell entlang der Wände geleitet wird und Strom erzeugt. Der resultierende Strom ermöglicht es Ihnen, das Telefon aufzuladen oder die LED zum Leuchten zu bringen.
Thermoelektrische Generatoren mit Radioisotopen
In ihnen ist die Energiequelle Wärme, die durch den Abbau von Mikroelementen entsteht. Sie benötigen eine ständige Versorgung mit Brennstoff, daher sind sie anderen Generatoren überlegen . Ihr wesentlicher Nachteil besteht jedoch darin, dass während des Betriebs Sicherheitsregeln beachtet werden müssen, da Strahlung von ionisierten Materialien ausgeht.
Trotz der Tatsache, dass die Einführung solcher Generatoren gefährlich sein kann, auch für die Umweltsituation, ist ihre Verwendung weit verbreitet. Beispielsweise, ihre Entsorgung ist nicht nur auf der Erde, sondern auch im Weltraum möglich . Es ist bekannt, dass Radioisotopengeneratoren zum Laden von Navigationssystemen verwendet werden, meistens an Orten, an denen keine Kommunikationssysteme vorhanden sind.
Thermische Spurenelemente
Als Wandler fungieren Thermobatterien, deren Aufbau aus auf Celsius kalibrierten elektrischen Messgeräten besteht. Der Fehler bei solchen Geräten wird normalerweise mit 0,01 Grad gleichgesetzt . Es ist jedoch zu beachten, dass diese Geräte für den Einsatz im Bereich von der Minimallinie des absoluten Nullpunkts bis 2000 Grad Celsius ausgelegt sind.
Thermische Stromgeneratoren haben in letzter Zeit große Popularität erlangt, wenn sie an schwer zugänglichen Orten arbeiten, an denen keine Kommunikationssysteme vorhanden sind. Zu diesen Standorten gehört die Raumfahrt, wo diese Geräte zunehmend als alternative Stromversorgungen an Bord von Raumfahrzeugen eingesetzt werden.
Im Zusammenhang mit der Entwicklung des wissenschaftlichen und technologischen Fortschritts sowie der intensiven Forschung in der Physik gewinnt der Einsatz thermoelektrischer Generatoren in Fahrzeugen zur Rückgewinnung von Wärmeenergie an Popularität, um Stoffe zu verarbeiten, die aus den Abgassystemen von Autos.
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