4.3 Термоэлектрические генераторы

Термоэлектрические генераторы преобразуют тепловую энергию непосредственно в электрическую энергию.

Принцип действия основан на явлении термоэлектричества.

Если соединить несколько проводников из разных металлов и поддерживать места их соединений при различных температурах, то возникает разность потенциалов

Е = α(Т1 + Т2). (В) (4.2)

Применение полупроводниковых материалов с разной проводимостью (типа р и n) позволяет получить большее значение термо-ЭДС.

Рисунок 4.2 – Устройство термоэлектрического генератора

Термоэлектрический генератор состоит из батареи термоэлементов, соединенных последовательно и параллельно, источника тепла, контура теплоносителя и токопроводящих цепей.

Каждый термоэлемент состоит из двух полупроводников с электронной и дырочной проводимостью, соединенных между собой в месте нагрева.

Элементы изолированы от общего кожуха. Внутри батареи находится инертный газ.

При включении источника тепла происходит постепенный нагрев батареи термоэлементов, генератор начинает функционировать.

Электроны и дырки вследствие диффузии движутся от горячего спая термопары к холодному.

В полупроводниках с р-проводимостью горячий конец заряжается отрицательно, а холодный конец заряжается положительно.

В полупроводниках с n-проводимостью горячий конец заряжается положительно, а холодный конец заряжается отрицательно.

Возникает разность потенциалов, если подключить нагрузку, то в цепи потечёт электрический ток.

Достоинство: низкая стоимость, высокая надёжность, простота конструкции.

Недостатки: малый КПД, большое время включения в работу.

Применение: для питания устройств небольшой мощности.

Для нагрева батареи в генераторе применяют природный газ, керосин, а также используют солнечную энергию и тепло от атомных реакторов.

4.4 Солнечные батареи

Солнечные батареи предназначены для непосредственного преобразования тепловой и световой энергии солнечных лучей.

Принцип действия основан на явлении вентильного фотоэффекта.

Солнечная батарея состоит из последовательно и параллельно соединённых элементов, системы автоматики и аккумуляторной батареи, запасающей выработанную энергию и отдающей её потребителю по заданной программе.

Рисунок 4.3 – Устройство элемента солнечной батареи и солнечная батарея

Кремниевый фотодиод является одним из элементов солнечной батареи, представляет собой монокристалл кремния с n-проводи-мостью. В кремний вносятся присадки, образуется n-p переход. Фотодиод может быть прямоугольной или шестигранной формы.

При подаче солнечной энергии батарея начинает функционировать. Под действием световой энергии солнца возникают пары «электрон – дырка». Благодаря наличию запирающего слоя повышается концентрация электронов в электроде с n-проводимостью и концентрация дырок в электроде с р-проводимостью. Между электродами образуется разность потенциалов, величина которой зависит от степени освещённости и от свойств полупроводника. При подключении нагрузки в цепи начинает протекать ток.

Достоинства: простота устройства, большой срок службы, малые габариты, вес.

Недостатки: низкий КПД (5-8%), чувствительность к проникающей радиации.

Применение: для питания аппаратуры на спутниках связи и на автоматических межпланетных станциях, в труднодоступных районах.