Alternatywne, niszowe źródła energii – ogniwa termoelektryczne, mikroturbiny
Ogniwa termoelektryczne
Ogniwa termoelektryczne, nazywane również ogniwami Seebecka lub ogniwami Peltiera, to urządzenia elektryczne wykorzystujące zjawisko termoelektryczne.
Ogniwo Peltiera zbudowane jest z dwóch płytek ceramicznych, które tworzą dwie jego płaszczyzny. Te dobrze przewodzące ciepło płaszczyzny gwarantują mechaniczną sztywność, zapewniając świetną izolację elektryczną. Pomiędzy nimi usytuowane są połączone miedzianymi mostkami półprzewodniki (gałęzie termoelementu). Moduł złożony z płytek ceramicznych i półprzewodników zabezpieczony jest specjalną uszczelniająca pastą przeciwwodną.
Ogniwo Peltiera działa dzięki wykorzystaniu zjawiska Peltiera. Opiera się ono na wymuszeniu przepływu energii cieplnej od złącza dwóch materiałów do otoczenia (lub w kierunku przeciwnym).
Jedno ze złącz pochłania więc energię, zaś drugie ją produkuje, co skutkuje wytworzeniem znacznej różnicy temperatury – dzięki temu zjawisku powstaje różnica potencjałów elektrycznych na styku obu materiałów.
Oprócz zjawiska Peltiera w ogniwach termoelektrycznych mają miejsce zjawiska Joule’a oraz Thomsona.
Zjawisko Joule’a opisuje przemiany energii elektrycznej na ciepło w wyniku przepływu prądu elektrycznego przez opornik. Natomiast zjawisko Thomsona charakteryzuje zależność temperatury od pracy wykonanej podczas przepływu cieczy lub gazu przez element termoelektryczny.
W przypadku obu tych zjawisk ilość pochłoniętego i wyprodukowanego ciepła zależy bezpośrednio właśnie od różnicy temperatur, natężenia prądu oraz czasu jego przepływu. Jak łatwo zauważyć, zjawiska te są ze sobą ściśle powiązane.
Warto pamiętać, że zjawisko Peltiera jest odwracalne. Jeżeli płynący w danym kierunku prąd wydziela ciepło, to po zmianie tego kierunku ciepło zostaje pochłaniane. W obwodzie składającym się z dwóch złączy n i p, które posiadają różne temperatury – jest generowany prąd, gdyż powstaje napięcie termoelektryczne.
Ogniwa (moduły) termoelektryczne na szeroką skalę stosowane są głównie w chłodzeniu przegrzewających się elementów elektronicznych (np. procesory i karty graficzne komputerów), w chłodzeniu generatorów wysokiej mocy, w przenośnych chłodziarkach czy w komorach klimatycznych.
Każde urządzenie, którego prawidłowa praca wymaga precyzyjnego regulowania temperatury może wykorzystywać z powodzeniem moduły termoelektryczne, gdyż pracują one w szerokim zakresie mocy. Ponadto są zasilane niskim napięciem, co zwiększa ich elastyczność i bezawaryjność.
Mikroturbiny
Mikroturbiny należą do tzw. rozproszonych źródeł energii alternatywnej. Obecnie są one wykorzystywane m.in. w lokalnych elektrociepłowniach, obiektach przemysłowych, a także w budynkach mieszkalnych i usługowych jako źródło energii elektrycznej i ciepła.
Do ich budowy stosuje się zaawansowaną elektronikę, co zapewnia bezobsługowe działanie. Ponadto charakteryzują się niewielkimi gabarytami i prostą konstrukcją mechaniczną, która nie wymaga konserwacji olejowej. Posiadają jednak stosunkowo niewielką moc, a ich sprawność cieplna wynosi około 25–35%.
Mikroturbiny wykorzystują zasadę działania turbiny gazowej, czyli przemianę energii kinetycznej strumienia gazu na energię mechaniczną, która z kolei może być wykorzystana do wytwarzania energii elektrycznej. Najlepiej sprawdzają się w kogeneracji rozproszonej (tu osiągają sprawność cieplną ponad 80%), czyli w układach usytuowanych blisko odbiorców energii, które są przeciwieństwem centralnych systemów zaopatrzenia w energię cieplną i elektryczną, takich jak np. duże elektrociepłownie.
Stosowanie mikroturbin zwiększa bezpieczeństwo energetyczne danego obszaru, a także wydatnie zmniejsza jego zanieczyszczenie (niska emisja spalin). Zazwyczaj mikroturbiny napędzane są gazem ziemnym, biogazami, naftą lub olejem napędowym.
Wróć do spisu treściWróć do spisu treści
Powrót do materiału głównegoPowrót do materiału głównego