|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Bezpośrednia konwersja energii słonecznej na energię elektryczną. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Alternatywne źródła energii Od wad tkwiących w przetwornicach maszynowych do pewnego stopnia wolne są elektrownie z tzw. metoda termoelektryczna Generatory termoelektryczne (TEG) opierają się na odkryciu w 1821 roku przez niemieckiego fizyka T.I. Efekt termoelektryczny Seebecka, polegający na wystąpieniu termo-EMF na końcach dwóch niepodobnych przewodników, jeżeli końce tych przewodników mają różne temperatury. Efekt otwarcia był pierwotnie używany w termometrii do pomiaru temperatury. Sprawność energetyczna takich urządzeń termoparowych, implikująca stosunek mocy elektrycznej uwalnianej przy obciążeniu do dostarczonego ciepła, wynosiła ułamki procenta. Dopiero po tym, jak akademik A.F. Ioffe zaproponował wykorzystanie półprzewodników zamiast metali do produkcji termoelementów, możliwe stało się energetyczne wykorzystanie efektu termoelektrycznego, aw latach 1940-1941 w Leningradzkim Instytucie Fizyki i Technologii powstał pierwszy na świecie półprzewodnikowy generator termoelektryczny. W latach 40-50 opracowano teorię efektu termoelektrycznego w półprzewodnikach i zsyntetyzowano bardzo efektywne (do dziś) materiały termoelektryczne. Zgodnie z rozwiniętą teorią wyrażenie sprawności TEG wyraża się wzorem:
z jest współczynnikiem jakości materiału półprzewodnikowego, 1/K; TГ - temperatura gorącego złącza termoelementu, K; TХ - temperatura zimnego złącza, K; TCP - średnia temperatura nóżki termoelementu, K,
M - kryterium Ioffego, a - zredukowana różnicowa termo-EMF nóg termoelementu, µV/K; s, l - zmniejszona przewodność elektryczna i przewodność cieplna nóżek termoelementu odpowiednio w 1/(Ohm m) i W/(m•K). Rozważanie podanego wzoru na wydajność ma sens, ponieważ charakteryzuje on wydajność nie tylko generatorów termoelektrycznych, ale także innych urządzeń do bezpośredniej konwersji energii. Warto zauważyć, że sprawność TEG zależy od tych samych czynników, co sprawność każdego silnika cieplnego: sprawności cieplnej odwracalnego cyklu Carnota (pierwszy czynnik we wzorze) oraz współczynnika nieodwracalnych strat energii (drugi czynnik). W TEG wewnętrzne nieodwracalne straty związane są głównie z przenoszeniem ciepła wzdłuż gałęzi dodatniej 3 i ujemnej 4 od złącza gorącego 1 (rys. 3a) do złącza zimnego 5 (złącza, zwykle wykonane z miedzi, są oddzielone od gałęzi warstwami antydyfuzyjnymi 2 ( Ryc. 3 , A)). Jak wynika ze wzoru, im mniejsze straty nieodwracalne, tym wyższy współczynnik jakości zastosowanych materiałów. Jednak teoria i wieloletnia praktyka pokazały, że wartość współczynnika jakości rzędu 3 • 10-3 1/deg jest najwyraźniej jego wartością graniczną.
Łącząc ze sobą poszczególne termoelementy, można stworzyć wystarczająco mocne termostosy, z których jeden pokazano na ryc. 3b. Bateria znajduje się w płaszczyźnie ogniskowej koncentratora 3; jego gorące złącza 1 są bezpośrednio ogrzewane przez skoncentrowane promieniowanie słoneczne, a ciepło jest usuwane z zimnych złączy 2 przez promieniowanie. Istnieją charakterystyki energetyczne elektrowni kosmicznej, podobne do pokazanych na ryc. 3b, ale bez koncentratora. Oczekiwany ciężar właściwy rośliny wynosi do 50 W/kg. Oznacza to, że elektrownia o mocy 10 GW może ważyć nawet 200 XNUMX ton. Zmniejszenie masy elektrowni wiąże się bezpośrednio ze zwiększeniem sprawności przetwarzania energii słonecznej na energię elektryczną, co jak widać z powyższego wzoru można osiągnąć na dwa sposoby: zwiększenie sprawności cieplnej przetwornicy (sprawność cykl Carnota) oraz skraplanie nieodwracalnych strat energii we wszystkich elementach elektrowni. Pierwszy sposób jest w zasadzie możliwy, ponieważ skoncentrowane promieniowanie umożliwia uzyskanie bardzo wysokich temperatur. Jednak znacznie zwiększa to wymagania dotyczące dokładności systemów śledzenia Słońca, co jest trudne do osiągnięcia w przypadku systemów koncentracji o ogromnych rozmiarach. Dlatego też wysiłki badaczy niezmiennie zmierzały do ograniczenia strat nieodwracalnych, przede wszystkim do ograniczenia wymiany ciepła ze złączy gorących do złączy zimnych poprzez przewodnictwo cieplne. Aby rozwiązać ten problem, konieczne było osiągnięcie wzrostu współczynnika jakości materiałów półprzewodnikowych. Jednak, jak już wspomniano, po wielu latach prób syntezy materiałów półprzewodnikowych o wysokim współczynniku jakości stało się jasne, że osiągnięta wartość (2,5-2,7) • 105 jest wartością graniczną. Następnie, kontynuując poszukiwania nowych sposobów zmniejszenia przepływu ciepła, zrodził się pomysł oddzielenia gorących i zimnych złączy szczeliną powietrzną, tak jak ma to miejsce w przypadku lampy dwuelektrodowej - diody. Jeżeli w takiej lampie nagrzewa się jedna elektroda, katoda 1 (rys. 4), a jednocześnie chłodzi się drugą elektrodę, anodę 2, to w zewnętrznym obwodzie elektrycznym powstaje prąd stały.
Przetwornik termionowy (TEC) Zjawisko odkryte przez Edisona nazwano emisją termionową. Podobnie jak termoelektryczność, jest od dawna stosowana w technologii niskoprądowej. Później naukowcy zwrócili uwagę na możliwość wykorzystania tej metody do zamiany ciepła na energię elektryczną. I chociaż natura termoelektryczności i emisji termojonowej jest inna, mają te same wyrażenia na wydajność:
gdzie jestк - sprawność odwracalnego cyklu Carnota; Hniemod. - współczynnik uwzględniający straty nieodwracalne w przetworniku termoelektrycznym. Główne składowe strat nieodwracalnych w TEC związane są z nieizotermicznym charakterem dostarczania i odprowadzania ciepła na katodzie i anodzie, przenoszeniem ciepła z katody na anodę przez elementy konstrukcyjne TEC, a także z straty omowe w elementach połączenia szeregowego poszczególnych modułów. Aby osiągnąć wysoką sprawność cyklu Carnota, nowoczesne TEC projektuje się na temperatury pracy katod 1700-1900 K, co przy temperaturach chłodzonych anod około 700 K pozwala na uzyskanie sprawności około 10%. Tym samym, dzięki zmniejszeniu strat nieodwracalnych w samym przekształtniku i przy jednoczesnym wzroście temperatury zasilania w ciepło, sprawność TEC okazuje się być dwukrotnie większa od opisanej powyżej TEG, ale przy znacznie wyższych temperaturach zasilania w ciepło. Aby uzyskać takie temperatury powierzchni katod na orbicie geosynchronicznej, dokładność orientacji względem Słońca koncentratora TEC musi mieścić się w granicach 6°–8°, co przy mocy cieplnej SCES 10–20 GW i odpowiadającej obszarach koncentratorów, może stać się, jak wspomniano powyżej, poważnym problemem technicznym. Niewykluczone, że odnotowane okoliczności odegrały istotną rolę w wyborze fotoelektrycznej metody przetwarzania energii słonecznej w pokładowych systemach zasilania statków kosmicznych pierwszej i kolejnych generacji. Metoda konwersji energii fotoelektrycznej Bateria słoneczna (rys. 5) opiera się na zjawisku zewnętrznego efektu fotoelektrycznego, który objawia się na złączu p-n w półprzewodniku, gdy jest on oświetlony światłem. Przejście p-n (lub np) jest tworzone przez wprowadzenie zanieczyszczeń o przeciwnym znaku przewodnictwa do monokrystalicznego półprzewodnikowego materiału bazowego. Na przykład aluminium lub lit są wprowadzane do krzemu. W rezultacie, gdy promieniowanie słoneczne uderza w złącze p-n, elektrony pasma walencyjnego są wzbudzane i w obwodzie zewnętrznym generowany jest prąd elektryczny. Sprawność nowoczesnych paneli fotowoltaicznych sięga 13-15%.
Najbardziej obiecujące do stworzenia konwerterów SCES są ultracienkie ogniwa fotowoltaiczne o sprawności około 15% o specyfice 1 kW/m2 i 200 W/kg. Wykorzystując te baterie słoneczne jako konwerter SCES o mocy 10 GW, ich powierzchnia wyniosłaby 50 km2 przy wadze 10 tysięcy ton.
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Śmiech pomaga zwalczać stres ▪ Rośliny na biurku zmniejszają stres ▪ Prototypowe elastyczne macki pneumatyczne
▪ Dział serwisu Materiały elektrotechniczne. Wybór artykułów ▪ artykuł Kiedy jest więcej kolumn niż kanałów. Sztuka dźwięku ▪ artykuł Stolarz. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy ▪ artykuł Mikser. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Zbędny kwadrat. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Gdzie 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony