«Термоэлектрический генератор»

термоэлектри́ческий генера́тор

(ТЭГ), устройство для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую с использованием полупроводниковых термоэлементов, соединённых между собой последовательно или параллельно. Применяются в качестве источников электроэнергии на станциях антикоррозионной защиты газо- и нефтепроводов, навигационных буях, маяках и т. п. объектах, где источником тепловой энергии могут служить газ (нефть), радиоизотопы, солнечное излучение.

* * *

ТЕРМОЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ ГЕНЕРА́ТОР (ТЭГ), устройство на основе полупроводниковых термоэлементов(см. ТЕРМОЭЛЕМЕНТ), соединенных между собой последовательно или параллельно, непосредственно превращающее тепловую энергию в электрическую.

В термоэлектрическом генераторе для получения электричества используется эффект Зеебека, который заключается в появлении электродвижущей силы(см. ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА) в замкнутой цепи из двух разнородных материалов, если места контактов поддерживаются при разных температурах. Возникновение эффекта связано с тем, что энергии свободных электронов или дырок(см. ДЫРКА) в полупроводниковом материале(см. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ) зависят от температуры. В местах контактов различных материалов заряды переходят от проводника, где они имели более высокую энергию, в проводник с меньшей энергией зарядов. Если один контакт нагрет больше, чем другой, то разность энергий зарядов между двумя веществами больше на горячем контакте, чем на холодном, в результате чего в замкнутой цепи возникает ток.

В состав термоэлектрических генераторов входят термобатареи, набранные из полупроводниковых термоэлементов, соединенных последовательно или параллельно и теплообменники горячих и холодных спаев термобатарей. Принципиальная схема электрической цепи полупроводникового термоэлектрического генератора включает в себя полупроводниковый термоэлемент, состоящий из ветвей (вырезанных из кристаллов небольших прямоугольных элементов) p- и n-типа проводимости, то есть обладающими разными знаками коэффициента термоэлектродвижущей силы, коммутационные пластины горячего и холодного спаев и активную нагрузку. В момент замыкания термоэлемента на внешнюю нагрузку в цепи течет постоянный ток, обусловленный эффектом Зеебека.Этот же ток вызовет выделение и поглощение тепла Пельтье (см. Пельтье эффект(см. ПЕЛЬТЬЕ ЭФФЕКТ)) на спаях p- и n- ветвей термоэлемента с металлическими пластинами. При этом движение носителей будет происходить от горячих спаев к холодным, что соответствует поглощению на горячих спаях теплоты Пельтье.

Полупроводниковые материалы, использующиеся в таких генераторах, должны иметь как можно больший коэффициент термоЭДС, хорошую электропроводность и, для того, чтобы получить значительный перепад температуры между холодными и горячими спаями кристаллов, малую теплопроводность. Этим требованиям лучше всего удовлетворяют сильно легированные полупроводниковые материалы. Наибольшее распространение для изготовления термоэлементов получили твердые растворы(см. ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ) на основе халькогенидов элементов V группы. Так как для работы в термоэлектрическом генераторе не требуется высокая чистота применяемых материалов, то генераторы получаются относительно дешевыми и успешно работают в условиях проникающей радиации. Для разогрева может быть использовано побочное тепло (солнечный свет, стенка разогревающейся при работе установки) и тепло от специального генератора (газовая или керосиновая горелка, атомный реактор).

Термоэлектрические генераторы применяются для энергоснабжения удаленных и труднодоступных потребителей электроэнергии (автоматических маяков, навигационных буев, метеорологических станций, активных ретрансляторов, космических аппаратов, станций антикоррозионной защиты газо- и нефтепроводов).

Термоэлектрические генераторы обладают рядом преимуществ перед традиционными электромашинными преобразователями энергии, например турбогенераторами(см. ТУРБОГЕНЕРАТОР), отсутствием движущихся частей, бесшумностью работы, компактностью, легкостью регулировки, малой инерционностью. Недостатком термоэлектрических генераторов является низкий кпд (до10%). Несмотря на это термоэлектрические генераторы нашли широкое применение для питания переносных устройств электроники, что объясняется простотой их эксплуатации, высокой надежностью, небольшой стоимостью.

(ТЭГ) - устройство для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую с использованием термоэлементов. Наиболее эффективны ТЭГ на основе ПП термоэлементов, соединённых между собой последовательно или параллельно; их мощность может достичь неск. десятков Вт, кпд 20% (при перепаде темп-р горячих и холодных спаев термоэлементов - ок. 1000 К). ТЭГ применяются в качестве источников электроэнергии на станциях антикоррозийной защиты газо- и нефтепроводов, навигац. буях, маяках и т. п. объектах, где источником тепловой энергии могут служить газ (нефть), радиоизотопы, солнечное излучение.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР — устройство, в котором происходит прямое преобразование тепловой энергии в электрическую, основанное на явлении термоэлектронной эмиссии (см.). КПД Т. г. существенно зависит от температуры нагрева термоэлементов (см.).