Учёные предлагают использовать термоэлектрический генератор для выработки электричества из тепловых потерь

В энергетике много тепла производится впустую. Например, трубы горячей воды зданиях рассевиают тепло пустую при перемещении по ним энергоносителя. То же самое можно сказать о выхлопных трубах автомобилей, которые фактически обогревают атмосферу. Учёные из штата Пенсильвания и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии обратили на это внимание и разработали гибкий термоэлектрический генератор. Им можно оборачивать трубы и прочие поверхности, излучающие тепло. Такой генератор сможет преобразовывать выделяющееся тепло в электричество с довольно высокой эффективностью.

Изображение: Penn State

В своем предыдущем исследовании эта команда учёных создала жёсткие термоэлектрические генераторы. Теперь же они разработали гибкие устройства, которые обеспечивают более высокую эффективность и выходную мощность. Один из авторов исследования из Университета штата Пенсильвания, Венджи Ли (Wenjie Li), считает, что полученное устройство открывает путь к широкому применению термоэлектрической технологии для рекуперации отработанного тепла. По его мнению, это изобретение окажет существенное влияние на разработку серийных генераторов электричества из тепла. Результаты исследования были опубликованы здесь.

По мнению исследователей, гибкие устройства лучше подходят для таких источников, излучающих тепло, как трубы, по которым проходит теплоноситель. Преимущество в том, что такие генераторы не нужно приклеивать, как традиционные жёсткие устройства. Ведь дополнительный слой клея снижает эффективность.

Испытание устройства проводилось на газоходе. По словам учёных, оно показало удельную мощность на 150% больше, чем у других подобных современных устройств. Термоэлектрический генератор продемонстрировал общую выходную мощность 56,6 Вт при размещении на горячей поверхности. Использовалась версия, площадь которой в квадрате составляла чуть более 3 дюймов. Прия говорит, что при использовании такого устройства в промышленных масштабах общая выходная мощность будет значительно выше. Например, если речь идёт о промышленной электростанции, от которой отходят трубы длиной в сотни метров. Если обернуть их в такой генератор, то можно будет генерировать киловатты электроэнергии из выбрасываемого впустую тепла.

Термоэлектрические устройства, созданные учёными, состоят из небольших пар. Каждая из них напоминает стол с двумя ножками. Большинство из этих пар соединены вместе и образуют плоское устройство квадратной формы. Исследователи разместили на тонких полосках по 6 пар. Затем они соединили 12 таких полос вместе с помощью гибкой металлической фольги, создав устройство из 72 пар. Между слоями каждый полоски был использован жидкий металл, чтобы повысить производительность устройства.

Бед Пудел (Bed Poudel) из Университета Пенсильвании сказал, что при увеличении масштаба таких генераторов часто теряется удельная мощность, что осложняет изготовление крупногабаритных тёплой электрических генераторов. Но производительность созданного устройства с 72 парами оказалось исключительной.

Именно устройство с 72 парами демонстрирует наиболее высокую выходную мощность и удельную мощность устройства из одного термоэлектрического генератора. Промежутки между полосами сделаны для обеспечения гибкости, чтобы устройство соответствовало форме трубы. Учёные говорят, что зазоры позволяют гибко изменять коэффициент заполнения, а также соотношение между площадью устройства и термоэлектрического материала. Это можно использовать для оптимизации термоэлектрических устройств под различные источники тепла.