Реферат: Термоэлектрические генераторы

Термоэлектрические генераторы

РЕФЕРАТ

Термоэлектрические генераторы

Содержание

1. Термоэлектрические генераторы

1.1 ИЗ ИСТОРИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ

.2 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ

. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

.1 ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ - ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ПУТЬ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ

.2 ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

3. Элементы солнечных батарей и дополнительные компоненты

3.1 ЭЛЕМЕНТЫ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

.2 РЕГУЛЯТОРЫ ОТБОРА МОЩНОСТИ БАТАРЕИ

.3АККУМУЛЯТОРНЫЕ В СИСТЕМЕ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

.4 РЕГУЛЯТОРЫ ЗАРЯДКИ И РАЗРЯДКИ АККУМУЛЯТОРОВ

.5 ИНВЕРТОРЫ

Литература

1. Термоэлектрические генераторы

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР (ТЭГ), устройство на основе полупроводниковых термоэлементов <#"801333.files/image001.jpg">

Устройство и принцип работы: Генератор термоэлектрический для отопительной системы (рис.1.) состоит из газовой горелки 1, кожуха горелки 2, силовой рамы 3, двух жидкостных теплообменников 4, двух термоэлектрических батарей 5, теплообменника 6, соединительных труб 7, теплообменника 8, кожуха 9, элементов сжатия 10 и 11. Устройство работает следующим образом:

Продукты сгорания горелки 1 нагревают ребра теплообменника 6. При этом тепловой поток проходит через термоэлектрические батареи 5 и нагревает жидкий теплоноситель (воду, этиленгликоль, пропиленгликоль). На поверхностях термобатарей образуется перепад температуры DТ, равный разности температур теплообменника 6 и теплообменника 4. На концевых шинах батарей «+» и «-» образуется разность потенциалов. Теплообменники 4 и 6 термобатареи 5 сжимаются между собой в раме 3 винтами 10 через тарельчатые пружины 11. Одновременно продукты сгорания нагревают теплоноситель в теплообменнике 8. Устройство включается в действующую отопительную систему, перед основным отопительным котлом. Нагретый в устройстве теплоноситель передает тепло через пластинчатый теплообменник, поступающей в основной котел «обратке» из системы отопления или исходной воде, подаваемой в систему горячего водоснабжения.

Электроэнергия, вырабатываемая термогенератором, может быть использована для питания какого-либо жизненно важного потребителя.

Электрическая и тепловая мощность может варьироваться. Мощность по электроэнергии составляет 4 - 5 % от выделяемой тепловой мощности.

Себестоимость продукции 1000-1300$ (для генератора с электрической мощностью 200 Вт). Предлагаемая отпускная цена 1500-2000$.

Примеры другого возможного использования:

Газораспределительные станции (ГРС) используют котлы для подогрева оборудования, охлаждающегося при понижении давления газа - необходимо обеспечить бесперебойное питание автоматики.

Питание лодочных электромоторов (при сжигании газа из стандартного 40 кг баллона может быть получено 700 А*ч электроэнергии, для сравнения емкость автомобильного аккумулятора 55 А*ч).

Бытовые генераторные устройства. В настоящее время растет интерес к использованию термоэлектрических генераторных модулей в бытовых устройствах. В первую очередь это касается возможности питания маломощных потребителей электроэнергии - радиоприемники, сотовые и спутниковые телефоны, переносные компьютеры, устройства автоматики и т.п. от имеющихся источников тепла. Термоэлектрический генератор, в котором отсутствуют вращающиеся, трущиеся и какие-либо другие изнашиваемые части, позволяет непосредственно получать электричество из любого источника тепла: выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, горячей воды геотермальных источников, "бросового" тепла ТЭЦ и т.п. Руководствуясь опытом, полученным при создании промышленных термоэлектрических генераторов (ТЭГ) различной мощности - от нескольких Ватт до нескольких килоВатт ИПФ КРИОТЕРМ приступила к серийному производству бытового ТЭГ номинальной мощностью 8 Вт. Конструктивно генератор выполнен в виде алюминиевого ковшика с внутренним объемом около 1 л в донной части которого установлены генераторные модули производства ИПФ Криотерм.

Необходимый для работы генератора перепад температур достигается при разогреве ковшика, например, пламенем костра. Вода, нагреваемая внутри ковшика может идти на приготовление пищи или на другие цели. Данный генератор в первую очередь предназначен для использования в глухих, труднодоступных местах для подзарядки элементов питания индивидуальных средств связи и навигации, охотников, туристов, моряков, сотрудников вынужденных долгое время находится вдали от энергоснабжения.

Преимуществом генератора является малый вес и объем, высокая удельная генерируемая мощность, функциональность и высокая надежность. Конструкция генератора исключает возможность его перегрева при правильном использовании. В качестве дополнительной опции к генератору предлагается ступенчатый стабилизатор напряжения с диапазонами 3В-6В-9В-12В и переходники для зарядных устройств.

Термоэлектрические генераторы

Предназначены для обеспечения питанием небольших автономных наземных и подземных дистанционных систем, которые включают в себя различные датчики и устройства связи. Перспективным является использование ПТЭГ для питания сигнальных устройств на неэлектрофицированных участках дорог, для обеспечения работы автономных агрометеорологических комплексов в отдаленных и пустынных районах. Особенно эффективным является применение ПТЭГ в системах охранной сигнализации. Термоэлектрический источник электрической энергии работает на основе прямого преобразования тепловой энергии почвы в электрическую. Корпус почвенного термоэлектрического генератора выполнен из био- и гидроустойчивого теплоизолирующего материала, концентраторы защищены антикоррозионным покрытием.

Термоэлектрический генератор Altec - 8020

Предназначен для преобразования в электрическую энергию промышленных тепловых отходов и отходов тепла от тепловых машин (двигателей внутреннего сгорания, газовых турбин и др.). Является дополнительным источником энергии, которая может быть использована как для внутренних потребностей, так и для передачи ее во внешнюю электрическую сеть. Использование таких генераторов обеспечивает экономию топливных ресурсов на 5-7%.

Таблица

Мощность современных ТЭГ колеблется от нескольких микроватт до нескольких десятков киловатт, КПД преобразования - от 2 до 10%, срок службы - от 1 года до 25 лет, стоимость установленной мощности - от $12 до $190 на 1 Вт. В России и США разработаны перспективные проекты ядерных термоэлектрических установок (ЯТЭУ), мощность которых достигает сотен и тысяч киловатт.

Термоэлектрические материалы. Широкое применение в конструировании ТЭГ в России и на Западе нашли следующие термоэлектронные материалы, условно подразделяемые на три группы: низкотемпературные (0-300°С) - халькогениды висмута и сурьмы, среднетемпературные (300-600°С) - теллуриды свинца, германия и олова и высокотемпературные (600°С и выше) - кремниево-германиевые сплавы.

Термоэлектрические генераторы на органическом топливе. Такие ТЭГ нашли наибольшее практическое применение в области электро- и теплоснабжения автономных объектов в нефтегазовой промышленности, метеорологии, навигации, сельском хозяйстве, армии и в быту.

В качестве источника теплоты в них используются продукты сгорания твердого, жидкого и газообразного топлива. С середины 70-х гг. по настоящее время на магистральных газопроводах России успешно эксплуатируется свыше 12 тыс. газовых низкотемпературных ТЭГ первого поколения (УГМ-80, УГМ-80М) и двухкаскадных ТЭГ второго поколения (ГТГ-150) с инфракрасными горелками мощностью от 80 до 150 Вт, разработанных НПО "Квант" и серийно выпускаемых ОАО "Позит". Канадская фирма "Global Thermoelectric" выпустила в 90-е гг. более 4 тыс. газовых среднетемпературных ТЭГ мощностью от 30 до 550 Вт, работающих более чем в 40 странах мира. Низкотемпературные генераторы с каталитическими горелками мощностью от 10 до 90 Вт серийно выпускаются в России НПП БИАТОС и в США компанией "Teledyne Energy Systems".На базе генераторов ГТГ-150 и ГТЖ-160 АО "Саратовгазавтоматика" в начале 90-х гг. освоило серийный выпуск автономных источников питания (АИП) мощностью 400, 750 и 900 Вт напряжением 27 В. За рубежом аналогичные АиП с ТЭГ на газовом топливе созданы в Канаде ("Global Thermoelectric"), а АИП на жидком топливе - в Японии. В начале 90-х гг. в России были созданы на предприятии АИТ и выпускаются серийно ОАО "Позит" низкотемпературные бытовые ТЭГ мощностью от 4,5 до 30 Вт и напряжением от 6 до 12 Вт (ГТГ-4,5-12, ГТУ-15-12 и ГТГ-30-12).

Реакторные термоэлектрические генераторы (РТЭГ). Требуемые уровни электрической мощности ТЭГ - от единиц до нескольких сотен и тысяч киловатт - могут быть обеспечены только в сочетании с ядерными реакторами (ЯР) в качестве источника теплоты. По способу теплопередачи от ЯР к горячим спаям РТЭГ можно разделить на три типа: вынесенные, в которых ТЭГ размещен вне ЯР, а теплопередача осуществляется циркуляционными теплоносителями; встроенные, в которых ЯР и ТЭГ совмещены в едином блоке, ТЭБ размещены на оболочках ТВЭЛ или на отражателе, а теплопередача осуществляется теплопроводностью; и промежуточные, в которых отвод теплоты от ЯР осуществляется тепловыми трубами. Отвод теплоты от холодных спаев ТЭГ всех типов осуществляется хладоагентом или излучением

Начиная с 60-х гг. и по настоящее время, ведущими предприятиями бывшего СССР (РНЦ Курчатовский институт" Обнинского физико-энергетического института, НПО "Красная Звезда" и "Квант", Сухумский ФТИ), а также такими компаниями США как "Atomic Internation", "Martin Marietta", "Westinghouse Electric Co.", "General Electriuc Co." создан и опробован в эксплуатации ряд уникальных ядерных термоэлектрических энергоустановок.

солнечный энергия термоэлектрический генератор

2. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Быстрый рост энергопотребления является одной из наиболее характерных особенностей технической деятельности человечества во второй половине XX века. Развитие энергетики до недавнего времени не встречало принципиальных трудностей. Увеличение производства энергии происходило в основном за счет увеличения добычи нефти и газа, наиболее удобных в потреблении. Однако энергетика оказалась первой крупной отраслью мировой экономики, которая столкнулась с ситуацией истощения своей традиционной сырьевой базы. В начале 70-х годов энергетический кризис разразился во многих странах. Одной из причин этого кризиса явилась ограниченность ископаемых энергетических ресурсов. Кроме того, нефть, газ и уголь являются также ценнейшим сырьем для интенсивно развивающейся химической промышленности. Поэтому сейчас все труднее сохранить высокий темп развития энергетики путем использования лишь традиционных ископаемых источников энергии.

Атомная энергетика в последнее время также столкнулась со значительными трудностями, связанными, в первую очередь, с необходимостью резкого увеличения затрат на обеспечение безопасности работы атомных электростанций. Загрязнение окружающей среды продуктами сгорания ископаемых источников, в первую очередь угля и ядерного топлива, является причиной ухудшения экологической обстановки на Земле. Существенным является также и "тепловое загрязнение" планеты, происходящее при сжигании любого вида топлива. Допустимый верхний предел выработки энергии на Земле, по оценкам ряда ученых, всего на два порядка выше нынешнего среднего мирового уровня. Такой рост энергопотребления может привести к увеличению температуры на поверхности Земли примерно на один градус. Нарушение энергобаланса планеты в таких масштабах может дать необратимые опасные изменения климата. Эти обстоятельства определяют возрастающую роль возобновляемых источников энергии, широкое использование которых не приведет к нарушению экологического баланса Земли.

.1 ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ - ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ПУТЬ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ

Большинство возобновляемых видов энергии - гидроэнергия, механическая и тепловая энергия мирового океана, ветровая и геотермальная энергия - характеризуется либо ограниченным потенциалом, либо значительными трудностями широкого использования.

Суммарный потенциал большинства возобновляемых источников энергии позволит увеличить потребление энергии с нынешнего уровня всего лишь на порядок. Но существует еще один источник энергии - Солнце.

Солнце, звезда спектрального класса 2, желтый карлик, очень средняя звезда по всем своим основным параметрам: массе, радиусу, температуре и абсолютной величине. Но эта звезда имеет одну уникальную особенность - это "наша звезда", и человечество обязано всем своим существованием этой средней звезде.

Наше светило поставляет Земле мощность около 1017 Вт - такова сила "солнечного зайчика" диаметром 12,7 тыс. км, который постоянно освещает обращенную к Солнцу сторону нашей планеты.