વિદ્યુત ઊર્જા TEG ના થર્મોઇલેક્ટ્રિક જનરેટર
સામગ્રી થર્મોઇલેક્ટ્રિક જનરેટરના સંચાલનના સિદ્ધાંતો અને તેમના ઉપયોગના ક્ષેત્રો વિશે જણાવે છે.
વીજળીનો સિંહફાળો હવે થર્મલ પાવર પ્લાન્ટ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે. અશ્મિભૂત ઇંધણને બાળીને, ઇલેક્ટ્રીક જનરેટરની ટર્બાઇન મધ્યવર્તી હીટ કેરિયર (સુપરહિટેડ સ્ટીમ) દ્વારા સ્ટેશનો પર ગતિમાં હોય છે. ઊર્જા ઉત્પાદન શૃંખલા જટિલ, ખતરનાક અને ખર્ચાળ છે. પરંતુ તે તમને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા (કાર્યક્ષમતા) સાથે વિદ્યુત ઊર્જા ઉત્પન્ન કરવા માટે શક્તિશાળી એકમો બનાવવા માટે પરવાનગી આપે છે.
શું ગરમીનું વીજળીમાં સરળ રૂપાંતર માટે કોઈ વિકલ્પ છે? ભૌતિકશાસ્ત્ર હા કહે છે. ટેક કહે છે, "હજી નથી." કોણ સાચું છે અને ગરમીને ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવાના માર્ગમાં શું મુશ્કેલીઓ છે તે વિશે, આ લેખની સામગ્રી. ગરમીના વિદ્યુત પ્રવાહમાં સીધા રૂપાંતર કરવાની પદ્ધતિ 1821 થી જાણીતી છે, જ્યારે થર્મોઇલેક્ટ્રીસિટીની ઘટના, જેને આજે સીબેકોવ અસર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તેની શોધ થઈ હતી.
જ્યારે બે ભિન્ન ધાતુઓના સંપર્કને ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે વાયરના છેડા પર સંભવિત તફાવત ઉભો થાય છે, અને જ્યારે તે બંધ થાય છે, ત્યારે સર્કિટમાંથી પ્રવાહ વહેવાનું શરૂ થાય છે. ભૌતિકશાસ્ત્રીઓને ઝડપથી સમજાયું કે વર્તમાનની તીવ્રતા સીધી સામગ્રીના પ્રકાર, ધાતુના ઠંડા અને ગરમ જંકશન વચ્ચેના તાપમાનનો તફાવત, ધાતુઓની થર્મલ વાહકતા અને પ્રતિકાર પર આધારિત છે. તાપમાનના મોટા તફાવતો અને ઉચ્ચ વાહકતા વર્તમાનમાં વધારો કરે છે, જ્યારે ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા અસરને નબળી પાડે છે.
ઉમદા સહિત ધાતુઓનો ઉપયોગ કરીને થર્મોઇલેક્ટ્રિક જનરેટર (TEG) બનાવવાના લાંબા પ્રયત્નો પછી, આ વિચાર છોડી દેવામાં આવ્યો હતો. ધાતુઓમાં ઓછી પ્રતિકાર હોય છે, જે અવકાશી ઠંડા અને ગરમ જંકશનને અલગ કરવાનું શક્ય બનાવે છે, પરંતુ ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા અને તે મુજબ, બહારથી ગરમીનો પ્રવાહ તત્વોની કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો કરે છે. ધાતુઓથી બનેલા TEG તત્વોની પરિણામી કાર્યક્ષમતા 1-2% થી વધુ નથી. અસર લાંબા સમય સુધી ભૂલી ગઈ હતી અને ભિન્ન ધાતુઓના જંકશનનો ઉપયોગ માત્ર માપવાની તકનીકમાં થતો હતો. તાપમાન માપવા માટે આ પરિચિત થર્મોકોપલ્સ છે.
આજે, પ્રથમ જનરેટરના વંશજો ભૂસ્તરશાસ્ત્રીઓ, પ્રવાસીઓ અને ફક્ત દૂરના વિસ્તારોના રહેવાસીઓને સેવા આપે છે.આવા જનરેટરની શક્તિ નાની છે - 2 થી 20 વોટ સુધી. વધુ શક્તિશાળી (25 થી 500 ડબ્લ્યુ સુધી) જનરેટર મુખ્ય ગેસ પાઇપલાઇન્સથી પાવર ટૂલ્સ અથવા પાઈપોના કેથોડિક સંરક્ષણ પર સ્થાપિત થાય છે. 1 kW અથવા વધુ પાવર વેધર સ્ટેશન સાધનોના જનરેટર, પરંતુ ઉચ્ચ-તાપમાન ગરમીના સ્ત્રોતોની જરૂર છે: ઉદાહરણ તરીકે, ગેસ.
કિરણોત્સર્ગી સડોની ગરમીને સીધી વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરતા વિદેશી જનરેટર્સ વિશે કહેવા માટે ઘણું બધું નથી - ખૂબ જ સંકુચિત અવકાશ અને સંવેદનશીલ માહિતી. તે ફક્ત એટલું જ જાણીતું છે કે અવકાશમાં વ્યક્તિગત ઉપગ્રહો સાધનોને સતત વીજ પુરવઠો માટે આવા સ્થાપનોથી સજ્જ છે.
આધુનિક ઉત્પાદનોના ઉદાહરણ તરીકે, પરિમાણોને ધ્યાનમાં લો થર્મોજનરેટર પ્રકાર B25-12... તેની આઉટપુટ વિદ્યુત શક્તિ 12V ના વોલ્ટેજ પર 25W છે. હોટ ઝોનનું કાર્યકારી તાપમાન 400 ડિગ્રીથી વધુ નથી, વજન 8.5 કિગ્રા સુધી છે, કિંમત લગભગ 15,000 રુબેલ્સ છે. આવા જનરેટર (સામાન્ય રીતે ઓછામાં ઓછા 2) નો ઉપયોગ સ્પેસ હીટિંગ માટે ગેસ બોઈલર સાથે થાય છે.
સમાન સિદ્ધાંત અનુસાર, 200 વોટની શક્તિ સાથે વધુ શક્તિશાળી TEG મોડલ્સ. કોટેજને ગરમ કરવા માટે ગેસ બોઈલર સાથે મળીને, તેઓ માત્ર બોઈલર અને પાણીના પરિભ્રમણ પંપના ઓટોમેશન માટે જ નહીં, પણ ઘરગથ્થુ ઉપકરણો અને લાઇટિંગ માટે પણ વીજળી પ્રદાન કરે છે.
તેની સરળતા અને વિશ્વસનીયતા (કોઈ ફરતા ભાગો) હોવા છતાં, TEG વ્યાપકપણે અપનાવવામાં આવ્યું નથી. આનું કારણ અત્યંત ઓછી કાર્યક્ષમતા છે, જે સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી સાથે પણ 5-7% થી વધુ નથી. જે કંપનીઓ આવા જનરેટર વિકસાવે છે તેઓ તેને ઓર્ડર આપવા માટે નાના બેચમાં બનાવે છે. મોટા પાયે માંગનો અભાવ ઉત્પાદનના ઊંચા ભાવ તરફ દોરી જાય છે.
થર્મલ કન્વર્ટર માટે નવી સામગ્રીના દેખાવ સાથે પરિસ્થિતિ બદલાઈ શકે છે... પરંતુ અત્યાર સુધી, વિજ્ઞાન પાસે બડાઈ મારવા માટે કંઈ નથી: શ્રેષ્ઠ TEG નમૂનાઓ 20% કાર્યક્ષમતા પરિબળને પાર કરવામાં સફળ થયા નથી. આ સ્થિતિમાં, TEG ની જાહેરાત બ્રોશરો, જ્યાં કાર્યક્ષમતા 90% થી વધુ હોવાનું જાહેર કરવામાં આવ્યું છે, તે કંઈક અંશે રમુજી લાગે છે. કદાચ વૈજ્ઞાનિકો માટે ઉત્સાહી માર્કેટર્સ પાસેથી શીખવાનો સમય આવી ગયો છે?