Loading

Новый метод производства термоэлектрических генераторов

Создано 05.04.2013 22:47
Автор: Александр Иващенко

printed TEG

Большая часть энергии, которую мы производим, исчезает в воздухе, оставаясь неиспользованной. Тонкие термоэлектрические генераторы могут помочь задействовать этот потенциал везде, где производится электричество за счет разницы температур. Однако до сих пор их производство не выходило из лабораторий и стоило достаточно дорого. В то же время существует дефицит материалов для производства таких устройств. На Ганноверской Ярмарке был представлен новый эффективный процесс производства термоэлектрических генераторов в виде компонентов с большой площадью из нетоксичных синтетических материалов.

Всем нам знакомы гигантские белые облака пара, поднимающиеся из охлаждающих башен электростанций. Этот пейзаж представляет собой неэффективную трату энергии, так как крупным электростанциям редко удается конвертировать более чем 40% производимой тепловой энергии в электрическую. Остаток энергии остается неиспользованным главным образом по причине неэффективных охлаждающих систем. Одним из решений для устранения такой траты энергии является термоэлектрика. Эта область физики изучает генерирование электричества за счет разницы температур и это напрямую касается охлаждающих конструкций, где температурный дифференциал может быть значительным.

«Термоэлектрические генераторы (Thermoelectric generators (TEG) - прим. FacePla.net) в настоящее время имеют показатель эффективности около 8%. Это очень маленькая цифра. Но если мы преуспеем в производстве TEG, сделаем его дешевым и крупномасштабным, из гибких материалов, то мы сможем найти им широкое применение в охлаждающих конструкциях больших станций. В этом случае, при значительных объемах производимой энергии на больших электростанциях, мы сможем генерировать огромные количества электричества», говорит Aljoscha Roch, доктор в Институте Фраунгофера (Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS) в г. Дрезден.

Доктор Aljoscha Roch со своими коллегами, сумели осуществить значительный шаг на пути к этой цели. Ученые преуспели в производстве TEG посредством печатных процессов. Миниатюрные генераторы могут быть произведены не только с высокой степенью эффективности на больших площадях и в виде гибких структур, но также с использованием экологически чистых материалов. «На сегодняшний день TEG производятся вручную из токсичных компонентов, содержащих свинец. Мы используем технологии 3D печати и безвредные полимеры», объясняет Roch.

Новая технология печати работает по аналогии со струйным принтером. Отличие в том, что вместо чернил выдавливается термоэлектрическая полимерная паста, формируя слои толщиной 20-30 микрометров. «Термоэлектрогенераторы должны быть определенной толщины, для возникновения в них электрического напряжения от разницы температур. Доступные 3D технологии хорошо подходят для достижения требуемых толщин», говорит Roch. Исследователи из Института Фраунгофера впервые продемонстрировали печатный TEG на модели охлаждающей башни во время Ганноверской Ярмарки.

Горячий пар активирует электроны в генераторе, негативно заряженные частицы мигрируют на холодную сторону, и возникает разница напряжений между слоями TEG. Даже незначительный температурный дифференциал в один градус достаточен для возникновения электрического тока. Этот эффект был известен физикам почти 200 лет, но из-за дефицита эффективных методов производства и подходящих материалов не был воплощен в жизнь. TEG панели ручного производства используются в космической индустрии и некоторых тестах автомобильного производства. Например, смонтированные на выхлопную трубу транспортного средства, эти устройства производят электричество для авто-электроники. Уже были продемонстрированы показатели в 600Вт выходной мощности, что эквивалентно 6 лампочкам накаливания. Если применить этот эффект к миллионам автомобилей на дорогах то при помощи TEG можно будет сгенерировать несколько тысяч миллионов киловатт часов.

Автомобили и охлаждающие башни электростанций – только два примера из многих. «В принципе, тепло производится в работе любой технической установки. С TEG, смонтированном на промышленных производственных линиях, в канализации, крупных дата центрах или на любых типах систем выхлопа, можно генерировать колоссальные объемы электричества», говорит Roch.

Источник: Fraunhofer.

Комментарии: