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.

* * *

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР

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.