- •Отклонение напряжения:
- •1. Структурные схемы устройств преобразования энергии первичных источников в электрическую по схеме возобновляемые источники – электроэнергия.
- •Гелеоэнергетика.
- •Гидроэнергетика.
- •Структурные схемы устройств преобразования энергии первичных источников в электрическую по схеме возобновляемые источники – электроэнергия (продолжение).
- •Геотермальная энергетика.
- •Биоэнергетика.
- •Водородная энергетика.
- •Термоядерная энергетика.
- •Энергетика на топливных элементах.
- •Классификация топливных элементов:
- •Термоэлектрические генераторы.
- •Термоэлектронные преобразователи.
- •1.Структурные схемы устройств преобразования энергии первичных источников в электрическую по схеме возобновляемые источники – электроэнергия (продолжение).
- •Магнитогидродинамические генераторы.
- •Электростатические генераторы.
- •Электромеханические генераторы.
Классификация топливных элементов:
-
По агрегатному состоянию топлива (газообразное, жидкое, твердое);
-
По типу электролита (щелочной или кислый) или по состоянию (жидкий, твердый);
-
По температурному интервалу работы - низкотемпературные (до 1000С), среднетемпературные (до 3000С) и высокотемпературные (свыше 3000С);
4. По типу действия – прямого и косвенного; с регенерацией продуктов реакции и без регенерации; с расходуемыми и нерасходуемыми электрода-ми и т.д.
Рабочее напряжение на зажимах элемента в зависи-мости от его типа колеблется в пределах от 0,5 до 0,9В и выше, при плотности тока от 50 до 900 и выше мА/см2 рабочей поверхности электро-да.
На рис. 19 приведены вольтамперные характеристи-ки некоторых типов топлив-ных элементов.
КПД топливных элемен-тов зависит от тока нагрузки в имеет явно выраженный максимум, при котором его величина может достигать в зависимости от типа значения 0,6 и выше.
Термоэлектрические генераторы.
Принцип работы основан на использовании эффекта, обнаруженного в середине ІΧΧ века.
Суть открытого эффекта заключается в следующем: при прохождении электрического тока через контакт двух проводников, сделанных из различных материалов, в зависимости от его направления, помимо Джоулева тепла выделяется или поглощается дополнительное тепло, которое получило название тепла Пельтье. Степень проявления данного эффекта в значительной мере зависит от материалов выбранных проводников и используемых электрических режимов.
Классическая теория объясняет явление Пельтье тем, что электроны, переносимые током из одного метала в другой, ускоряются или замедляются под действием внутренней контактной разности потенциалов между металлами. В первом случае кинетическая энергия электронов увеличивается, а затем выделяется в виде тепла. Во втором случае кинетическая энергия электронов уменьшается, и эта убыль энергии пополняется за счет тепловых колебаний атомов второго проводника. В результате происходит охлаждение. Более полная теория учитывает изменение не потенциальной энергии при переносе электрона из одного металла в другой, а изменение полной энергии.
Эффект Пельтье, как и многие термоэлектрические явления, выражен особенно сильно в цепях, составленных из полупроводников с электронной (п-тип) и дырочной (р-тип) проводимостью.
Рассмотрим термоэлектрические процессы, происходящие в контакте таких полупроводников.
Допустим, электрическое поле имеет такое направление, что электроны в полупроводнике n-типа и дырки в полупроводнике р-типа будут двигаться навстречу друг другу. Электрон из свободной зоны полупроводника n-типа после прохождения через границу раздела попадает в заполненную зону полупроводника р-типа и там занимает место дырки. В результате такой рекомбинации освобождается энергия, которая выделяется в контакте в виде теплоты. Этот процесс иллюстрирует рисунок 20.
При изменении полярности электрического поля на противоположное (см. рис.21) электроны в полупроводнике n-типа и дырки в полупроводнике р-типа будут двигаться в противоположные стороны. Дырки, уходящие от границы раздела, будут пополняться в результате образования новых пар электронов и дырок при переходах электронов из заполненной зоны полупроводника р-типа в свободную зону. На образование таких пар требуется энергия, которая поставляется тепловыми колебаниями атомов решетки. Электроны и дырки, образующиеся при рождении таких пар, увлекаются в противоположные стороны электрическим полем. Поэтому пока через контакт идет ток, непрерывно происходит рождение новых пар. В результате в контакте тепло будет поглощаться.
Использование полупроводников р- и n-типа проводимости в термоэлектрических холодильниках иллюстрирует рисунке 22. Объединение большого количества пар полупроводников р- и n-типа позволяет создавать охлаждающие эле-менты – модули Пельтье сравнительно большой мощ-ности. Конструктивное испол-нение полупроводникового термоэлектрического модуля Пельтье представлено на рисунке 23.
Модуль Пельтье, пред-ставляет собой термоэлектри-ческий холодильник, состоя-щий из последовательно сое-диненных полупроводников р- и n-типа, образующих р-n- и n-p-переходы. Каждый из таких переходов имеет тепловой контакт с одним из двух радиаторов. В результате прохождения элек-трического тока определенной полярности образуется перепад температур между радиаторами модуля Пель-тье: один радиатор работает как холодильник, другой радиатор нагревается и служит для отвода тепла.
Термоэлектрические характеристики элемента Пельтье представлены на рис. 24.