Penukaran langsung tenaga suria kepada elektrik. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik / Sumber tenaga alternatif

 Komen artikel

Daripada kelemahan yang wujud dalam penukar mesin, pada tahap tertentu, loji kuasa dengan penukar tanpa mesin yang dipanggil adalah percuma: termoelektrik, termionik dan fotovoltaik (bateri suria), yang secara langsung menukar tenaga sinaran suria kepada arus elektrik.

kaedah termoelektrik

Penjana termoelektrik (TEG) adalah berdasarkan penemuan pada tahun 1821 oleh ahli fizik Jerman T.I. Kesan termoelektrik Seebeck, yang terdiri daripada kejadian termo-EMF pada hujung dua konduktor yang berbeza, jika hujung konduktor ini berada pada suhu yang berbeza.

Kesan terbuka pada asalnya digunakan dalam termometri untuk mengukur suhu. Kecekapan tenaga peranti termokopel tersebut, membayangkan nisbah kuasa elektrik yang dilepaskan pada beban kepada haba yang dibekalkan, adalah pecahan peratus. Hanya selepas Academician A.F. Ioffe mencadangkan penggunaan semikonduktor dan bukannya logam untuk pembuatan termoelektrik, penggunaan tenaga kesan termoelektrik menjadi mungkin, dan pada 1940-1941 penjana termoelektrik semikonduktor pertama di dunia telah dicipta di Institut Fizik dan Teknologi Leningrad. Dalam 40-50s, teori kesan termoelektrik dalam semikonduktor telah dibangunkan, dan bahan termoelektrik yang sangat berkesan (hingga hari ini) telah disintesis. Menurut teori yang dibangunkan, ungkapan kecekapan TEG diberikan oleh formula:

Jika

z ialah faktor kualiti bahan semikonduktor, 1/K; T_Г - suhu simpang panas termoelemen, K; T_Х - suhu simpang sejuk, K; T_SR - suhu purata kaki termoelemen, K,

M - Kriteria Ioffe, a - termo-EMF pembezaan terkurang kaki termoelemen, µV/K; s, l - kekonduksian elektrik berkurangan dan kekonduksian terma kaki termoelemen, masing-masing, dalam 1/(Ohm m) dan W/(m•K).

Adalah masuk akal untuk memikirkan formula kecekapan yang diberikan, kerana ia mencirikan kecekapan bukan sahaja penjana termoelektrik, tetapi juga peranti lain untuk penukaran tenaga langsung. Perlu diperhatikan bahawa kecekapan TEG bergantung pada faktor yang sama seperti kecekapan mana-mana enjin haba: kecekapan terma kitaran Carnot boleh balik (faktor pertama dalam formula) dan pekali kehilangan tenaga tak boleh balik (faktor kedua). Dalam TEG, kehilangan tak boleh balik dalaman dikaitkan terutamanya dengan pemindahan haba di sepanjang cabang positif 3 dan negatif 4 daripada panas 1 (Rajah 3a) kepada simpang 5 sejuk (simpang, biasanya diperbuat daripada kuprum, dipisahkan daripada cawangan oleh lapisan antidifusi 2 ( Rajah 3 ,A)). Seperti berikut dari formula, semakin rendah kerugian tidak dapat dipulihkan, semakin tinggi faktor kualiti bahan yang digunakan. Walau bagaimanapun, teori dan amalan bertahun-tahun telah menunjukkan bahawa nilai faktor kualiti susunan 3 • 10-3 1/deg adalah, nampaknya, nilai hadnya.

Rajah.3. Skim penukar termoelektrik: a - termoelektrik berasingan, b - modul termoelektrik pada penumpu

Dengan menyambungkan termoelemen individu, adalah mungkin untuk mencipta termopil yang cukup kuat, salah satunya ditunjukkan dalam Rajah. 3b. Bateri terletak di satah fokus penumpu 3; simpang panas 1nya dipanaskan secara langsung oleh sinaran suria pekat, dan haba dikeluarkan dari simpang sejuk 2 oleh sinaran. Terdapat ciri-ciri tenaga loji kuasa angkasa, sama seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. 3b, tetapi tanpa penumpu. Graviti tentu jangkaan loji adalah sehingga 50 W/kg. Ini bermakna loji kuasa 10 GW boleh menimbang sehingga 200 tan.

Mengurangkan berat loji janakuasa secara langsung berkaitan dengan meningkatkan kecekapan menukar tenaga solar kepada elektrik, yang, seperti yang dapat dilihat daripada formula di atas, boleh dicapai dalam dua cara: meningkatkan kecekapan haba penukar (kecekapan kitaran Carnot) dan mencairkan kehilangan tenaga tak boleh balik dalam semua elemen loji kuasa. Cara pertama, pada dasarnya, mungkin, kerana sinaran pekat memungkinkan untuk mendapatkan suhu yang sangat tinggi. Walau bagaimanapun, ini sangat meningkatkan keperluan untuk ketepatan sistem pengesan suria, yang sukar dicapai untuk menumpukan sistem bersaiz besar. Oleh itu, usaha penyelidik sentiasa bertujuan untuk mengurangkan kehilangan tidak boleh balik, terutamanya untuk mengurangkan pemindahan haba dari persimpangan panas ke persimpangan sejuk oleh kekonduksian terma. Untuk menyelesaikan masalah ini, adalah perlu untuk mencapai peningkatan dalam faktor kualiti bahan semikonduktor.

Walau bagaimanapun, seperti yang telah disebutkan, selepas beberapa tahun percubaan untuk mensintesis bahan semikonduktor dengan faktor kualiti yang tinggi, menjadi jelas bahawa nilai yang dicapai (2,5-2,7) • 105 ialah nilai pengehad. Kemudian, sambil terus mencari cara baru untuk mengurangkan aliran haba, timbul idea untuk memisahkan persimpangan panas dan sejuk dengan jurang udara, seperti yang berlaku dalam lampu dua elektrod - diod. Jika satu elektrod, katod 1, dipanaskan dalam lampu sedemikian (Rajah 4), dan pada masa yang sama elektrod lain, anod 2, disejukkan, maka arus terus timbul dalam litar elektrik luaran.

Rajah.4. Gambarajah skematik transduser termionik

Transduser termionik (TEC)

Fenomena yang ditemui oleh Edison dipanggil pelepasan termionik. Seperti termoelektrik, ia telah lama digunakan dalam teknologi arus rendah. Kemudian, saintis menarik perhatian kepada kemungkinan menggunakan kaedah untuk menukar haba kepada elektrik. Dan walaupun sifat termoelektrik dan pelepasan termion adalah berbeza, mereka mempunyai ungkapan yang sama untuk kecekapan:

di mana h_к - kecekapan kitaran Carnot boleh balik; h_unmod. - pekali mengambil kira kerugian tak boleh balik dalam penukar termionik (termoelektrik).

Komponen utama kehilangan tidak boleh balik dalam TEC dikaitkan dengan sifat bukan isoterma bekalan haba dan penyingkiran di katod dan anod, pemindahan haba dari katod ke anod melalui unsur-unsur struktur TEC, serta dengan kehilangan ohmik dalam elemen sambungan siri modul individu.

Untuk mencapai kecekapan tinggi kitaran Carnot, TEC moden direka untuk suhu operasi katod 1700-1900 K, yang, pada suhu anod yang disejukkan kira-kira 700 K, memungkinkan untuk memperoleh kecekapan kira-kira 10%. Oleh itu, disebabkan oleh pengurangan kehilangan tidak boleh balik dalam penukar itu sendiri dan dengan peningkatan serentak dalam suhu bekalan haba, kecekapan TEC ternyata dua kali lebih tinggi daripada TEG yang diterangkan di atas, tetapi pada suhu bekalan haba yang jauh lebih tinggi. Untuk mendapatkan suhu permukaan katod sedemikian dalam orbit geosynchronous, ketepatan orientasi kepada Matahari penumpu TEC mestilah dalam lingkungan 6°–8°, yang mana, dengan kuasa terma SCES 10–20 GW dan yang sepadan. kawasan penumpu, boleh menjadi, seperti yang dinyatakan di atas, masalah teknikal yang serius.

Adalah agak mungkin bahawa keadaan yang dinyatakan memainkan peranan penting dalam pemilihan kaedah fotoelektrik untuk menukar tenaga suria dalam sistem bekalan kuasa atas kapal generasi pertama dan seterusnya kapal angkasa.

Kaedah penukaran tenaga fotoelektrik

Bateri suria (Rajah 5) adalah berdasarkan fenomena kesan fotoelektrik luaran, yang menunjukkan dirinya pada persimpangan p-n dalam semikonduktor apabila ia diterangi dengan cahaya. Peralihan p-n (atau np) dicipta dengan memasukkan bendasing dengan tanda kekonduksian yang bertentangan ke dalam bahan asas semikonduktor kristal tunggal. Sebagai contoh, aluminium atau litium dimasukkan ke dalam silikon. Akibatnya, apabila sinaran suria mencecah simpang p-n, elektron jalur valens teruja dan arus elektrik terhasil dalam litar luar. Kecekapan panel solar moden mencapai 13-15%.

Rajah.5. Gambar rajah bateri solar: 1 - sel solar, 2 - kaca pelindung, 3 - bas pensuisan, 4 - substrat

Yang paling menjanjikan untuk penciptaan penukar SCES ialah sel solar ultranipis dengan kecekapan kira-kira 15% dengan ciri khusus 1 kW/m2 dan 200 W/kg. Apabila menggunakan bateri solar ini sebagai penukar SCES dengan kapasiti 10 GW, kawasannya akan menjadi 50 km2 dengan berat 10 ribu tan.

Lihat artikel lain bahagian Sumber tenaga alternatif.

Baca dan tulis berguna komen pada artikel ini.

<< Belakang

Berita terkini sains dan teknologi, elektronik baharu:

Kulit tiruan untuk emulasi sentuhan 15.04.2024

Dalam dunia teknologi moden di mana jarak menjadi semakin biasa, mengekalkan hubungan dan rasa dekat adalah penting. Perkembangan terkini dalam kulit tiruan oleh saintis Jerman dari Universiti Saarland mewakili era baharu dalam interaksi maya. Penyelidik Jerman dari Universiti Saarland telah membangunkan filem ultra nipis yang boleh menghantar sensasi sentuhan dari jauh. Teknologi canggih ini menyediakan peluang baharu untuk komunikasi maya, terutamanya bagi mereka yang mendapati diri mereka jauh daripada orang tersayang. Filem ultra-nipis yang dibangunkan oleh penyelidik, hanya 50 mikrometer tebal, boleh disepadukan ke dalam tekstil dan dipakai seperti kulit kedua. Filem ini bertindak sebagai penderia yang mengenali isyarat sentuhan daripada ibu atau ayah, dan sebagai penggerak yang menghantar pergerakan ini kepada bayi. Ibu bapa yang menyentuh fabrik mengaktifkan penderia yang bertindak balas terhadap tekanan dan mengubah bentuk filem ultra-nipis. ini ...>>

Petgugu Global kotoran kucing 15.04.2024

Menjaga haiwan peliharaan selalunya boleh menjadi satu cabaran, terutamanya dalam hal menjaga kebersihan rumah anda. Penyelesaian menarik baharu daripada pemula Global Petgugu telah dipersembahkan, yang akan menjadikan kehidupan lebih mudah bagi pemilik kucing dan membantu mereka memastikan rumah mereka bersih dan kemas dengan sempurna. Startup Petgugu Global telah melancarkan tandas kucing unik yang boleh menyiram najis secara automatik, memastikan rumah anda bersih dan segar. Peranti inovatif ini dilengkapi dengan pelbagai sensor pintar yang memantau aktiviti tandas haiwan kesayangan anda dan diaktifkan untuk membersihkan secara automatik selepas digunakan. Peranti ini bersambung ke sistem pembetung dan memastikan penyingkiran sisa yang cekap tanpa memerlukan campur tangan daripada pemilik. Selain itu, tandas mempunyai kapasiti storan boleh siram yang besar, menjadikannya sesuai untuk isi rumah berbilang kucing. Mangkuk sampah kucing Petgugu direka bentuk untuk digunakan dengan sampah larut air dan menawarkan pelbagai jenis tambahan ...>>

Daya tarikan lelaki penyayang 14.04.2024

Stereotaip bahawa wanita lebih suka "budak jahat" telah lama tersebar luas. Walau bagaimanapun, penyelidikan baru-baru ini yang dijalankan oleh saintis British dari Universiti Monash menawarkan perspektif baru mengenai isu ini. Mereka melihat bagaimana wanita bertindak balas terhadap tanggungjawab emosi lelaki dan kesanggupan untuk membantu orang lain. Penemuan kajian itu boleh mengubah pemahaman kita tentang perkara yang menjadikan lelaki menarik kepada wanita. Kajian yang dijalankan oleh saintis dari Universiti Monash membawa kepada penemuan baharu tentang daya tarikan lelaki kepada wanita. Dalam eksperimen itu, wanita ditunjukkan gambar lelaki dengan cerita ringkas tentang tingkah laku mereka dalam pelbagai situasi, termasuk reaksi mereka terhadap pertemuan dengan gelandangan. Sebahagian daripada lelaki itu tidak mengendahkan gelandangan itu, manakala yang lain membantunya, seperti membelikan dia makanan. Kajian mendapati lelaki yang menunjukkan empati dan kebaikan lebih menarik perhatian wanita berbanding lelaki yang menunjukkan empati dan kebaikan. ...>>

Berita rawak daripada Arkib Hidrogen Mercedes 12.04.2014 Pembuat kereta Jerman Mercedes-Benz akan mempersembahkan pada 2017 sebuah crossover yang dikuasakan oleh sel bahan api hidrogen. Kenderaan berkuasa hidrogen mempunyai jarak yang lebih panjang daripada kenderaan elektrik. Ciri pembezaan penting bagi kereta tersebut ialah tahap sifar pelepasan gas berbahaya ke atmosfera. Kebimbangan kereta Jerman Mercedes-Benz tidak akan ketinggalan di belakang rakan sejawatannya dari Jepun, dan mengumumkan bahawa pada 2017 sebuah crossover Mercedes yang beroperasi pada sel bahan api hidrogen akan dikeluarkan. Perlu diingat bahawa beberapa tahun yang lalu, di Pameran Auto Antarabangsa Los Angeles, kebimbangan Jerman telah menunjukkan prototaip hidrogen pacuan semua roda Mercedes Ener-G-Force, yang mungkin menjadi asas untuk kereta masa depan. . Mercedes-Benz berkata pada tahun 2010 bahawa kenderaan sel bahan api hidrogen adalah bahagian penting dalam strategi pembuat kereta Jerman itu. Syarikat itu adalah salah satu perintis dalam penggunaan sel bahan api hidrogen, dan dalam beberapa tahun akan datang ia akan dapat bergerak ke tahap baharu secara kualitatif. Pada masa yang sama, walaupun pembuat kereta Jerman bersedia untuk mempromosikan teknologi hidrogen, infrastruktur masih menjadi titik lemah. Hari ini, terdapat sangat sedikit stesen pengisian hidrogen yang mampu dimiliki di seluruh dunia: ia boleh didapati di Jerman, UK, dan juga di negeri California di AS. Satu lagi masalah yang menghalang pembangunan industri ialah pengeluaran hidrogen. Hakikatnya ialah pengeluaran hidrogen pada skala perindustrian masih sangat mahal, walaupun perkembangan teknologi yang berterusan. Perlu dinyatakan bahawa untuk membangunkan sistem sel bahan api hidrogen, kebimbangan Mercedes-Benz menarik pakatan Renault-Nissan, Ford, dan kerajaan Jerman, yang memberikan jaminan untuk mengembangkan rangkaian stesen pengisian hidrogen menjelang 2017 kepada 400 unit.

Berita menarik lain:

▪ Vaksinasi terhadap hipertensi

▪ Aroma rosemary meningkatkan daya ingatan

▪ Kereta elektrik Cina bajet

▪ Tayar untuk planet rover

▪ Implan kekal sebesar sebutir pasir

Suapan berita sains dan teknologi, elektronik baharu

Bahan-bahan menarik Perpustakaan Teknikal Percuma:

▪ bahagian tapak Asas kehidupan selamat (OBZhD). Pemilihan artikel

▪ artikel Pecahan langsung. Ungkapan popular

▪ artikel Untuk kartun manakah pengarangnya dianugerahkan 8 patung Oscar sekaligus? Jawapan terperinci

▪ Artikel Capricole. Legenda, penanaman, kaedah aplikasi

▪ artikel Penguat kuasa gelombang mikro dengan suis. Ensiklopedia elektronik radio dan kejuruteraan elektrik

▪ artikel peribahasa dan pepatah Mexico. Pilihan yang banyak

Tinggalkan komen anda pada artikel ini:

Semua bahasa halaman ini

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Laman utama | Perpustakaan | artikel | Peta Laman | Ulasan laman web

www.diagram.com.ua
2000-2024