СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №2/2016

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 38 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2016 В первой части статьи были рассмотрены базовые термоэлектрические эффекты, а также термоэлектрические генераторные модули (ТГМ) – их выбор, особенности установки и результаты испытаний. Во второй части приведены примеры серийно выпускаемых отечественных ТЭГ и автономных источников питания на их основе. Пётр Шостаковский (Санкт-Петербург) Н АКОПЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ Следует также обсудить применение ТГМ в качестве источника для накопле- ния электрической энергии от преоб- разования слабых тепловых потоков, нередко меняющих своё направление. Как видно из рисунка 8, при перепа- де температур в 5 ° С возможно полу- чение источника питания с напря- жением несколько десятков милли- вольт и мощностью на согласованной нагрузке несколько милливатт. Даже такая небольшая электрическая мощ- ность позволяет запускать современ- ные DC/DC-преобразователи, начина- ющие устойчиво работать при напря- жении 20 мВ и повышающие его до значения, приемлемого для зарядки ионисторов и аккумуляторов неболь- шой ёмкости. Как видно из результатов испытаний, приведённых на рисунке 8, генератор- ный модуль ТГМ-199-1,4-1,5 обеспе- чивает выходное напряжение поряд- ка 400 мВ и выходную мощность око- ло 45 мВт при наличии минимальной разности температур 10 ° С. Из графи- ка также видно, что необходимое для устойчивой работы современных микросхем DC/DC-преобразователей напряжение 20…30 мВ будет обеспе- чено при разности температур на сто- ронах модуля 2...3 ° С. Испытания проводились при изме- нении температуры горячей сторо- ны от 35 до 50 ° С с шагом 5 ° С при фик- сированном значении температуры холодной стороны модуля 25 ° С. Сле- дует ожидать повышения выходного напряжения в случае применения гене- раторных модулей серии ТГМ-287, име- ющих большее число термопар и, как следствие, пропорционально большее значение термоЭДС. В ОПРОСЫ ЭКОНОМИКИ В местах, удалённых от магистраль- ных линий электропередач (ЛЭП), построение систем электропитания объекта часто превосходит цену само- го объекта. При этом надёжность тако- го питания невысока и требует резер- вирования. Затраты на эксплуатацию ЛЭП также заставляют инженеров искать альтернативу. Во многих случа- ях ею становится солнечная энергети- ка, однако у неё есть ограничения, обу- словленные географическим местопо- ложением, сменой времён года и тому подобное. В промышленных объектах с потре- бляемой мощностью до 5 кВт всё чаще применяются автономные источники питания (АИП) на основе ТЭГ. Един- ственным условием применения таких генераторов является наличие источни- ка тепла. Им может быть геотермальное тепло, тепло от сжигания газа, угля, дров или тепло, отводимое от машин и меха- низмов в окружающую среду. Ключе- вым показателем для любой коммер- ческой модели являются затраты на единицу продукции, а в данном случае – вырабатываемой мощности. Для низко- температурных генераторных модулей с размерами 40 × 40 мм вырабатываемая мощность может превышать 10 Вт. При этом цена такого модуля для массовых применений на мировом рынке услов- но составляет $10. Таким образом, стои- мость 1 Вт электрической энергии мож- но принять равной $1. Любой источник электрической энергии не может работать без вспо- могательного оборудования, которое обеспечивает его надёжную и эффек- тивную работу. В случае ТЭГ им явля- ется система подачи теплового потока и радиаторы, обеспечивающие отвод тепла в окружающую среду. В зави- симости от требований надёжности и минимизации обслуживания стои- мость вспомогательного оборудова- ния может в 2–10 раз превосходить стоимость ТГМ в единице мощности. К промышленным ТЭГ применяется коэффициент 3–4. Но, в отличие от генераторов с другим видом преобразо- вания энергии, здесь нет вращающихся и изнашивающихся частей, требующих затрат на ремонт. Как правило, обслу- живание ТЭГ заключается в очистке от гари и пыли деталей и узлов генератора. В приведённой оценке учтены не все затраты. Например, ничего не сказано о стоимости топлива. Но даже в систе- ме автономного электропитания авто- матики отопительного котла эти затра- ты составляют несколько процентов (фактическая эффективность термо- электрического генератора) от стои- Термоэлектрические генераторы промышленного применения Часть 2 Рис. 8. Результаты испытаний ТГМ на малых перепадах температуры при Т с = 25 ° С Р, Вт; U, В 0,1 0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 P, Вт U, В 35 0,044 0,37 0,08 0,149 0,228 0,95 0,73 0,56 40 45 50 Температура горячей стороны