Физические источники тока

Опубликовано 30.06.2011 Ведущий Антон Панкратов

Физическими источниками тока называют устройства, преобразующие тепловую, механическую, электромагнитную энергию, а также энергию радиационного излучения и ядерного распада в электрическую. В соответствии с наиболее часто употребляемой классификацией к физическим источникам тока относят электромашинные генераторы, термоэлектрические генераторы, термоэмиссионные преобразователи, МГД-генераторы, а также генераторы, преобразующие энергию солнечного излучения и атомного распада.
Электромашинные генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую, - это наиболее распространённый вид источников электрической энергии, основа современной энергетики. Они могут быть классифицированы
• по мощности (от долей вт до сотен Мвт),
• по назначению и особенностям эксплуатации (стационарные, транспортные, и резервные)
• по роду первичного двигателя (дизель-генераторы, турбо- и гидрогенераторы),
• по рабочему телу (пар, вода, газ) и т. д.
Благодаря длительному периоду теоретического, конструктивного и технологического совершенствования характеристики этих источников тока достигли значений, близких к предельным.
Работа термоэлектрического генератора основана на использовании эффекта Зеебека. Рабочим материалом в термоэлектрических генераторах служат различные полупроводниковые соединения кремния, германия и т. п. (как правило, это твёрдые растворы). Кпд термоэлектрических генераторов варьируется от 3 до 15% в диапазоне температур от 100 до 1000°C. Области возможного применения ТЭГ – это автономные источники питания (на транспорте, в технике связи, медицине), антикоррозионная защита (на магистральных трубопроводах) и другое
Принцип работы термоэмиссионного преобразователя основан на использовании термоэмиссионного эффекта. Термоэмиссионный поток электронов зависит главным образом от температуры и свойств поверхности материала. Кпд отдельных лабораторных образцов термоэмиссионных преобразователей достигает 30%, а действующих энергетических установок 15% (при электрической мощности, снимаемой с единицы поверхности катода равной 30 вт/см2). Наиболее перспективно применение термоэлектрических преобразователей в качестве автономных источников электроэнергии большой мощности (до 100 квт).
Фотоэлектрический генератор, или же солнечная батарея, представляет собой совокупность вентильных фотоэлементов, преобразующих энергию солнечного излучения в электрическую. Практически прямое преобразование энергии солнечного излучения стало возможно лишь после создания в 1953 высокоэффективного фотоэлемента из монокристаллического кремния. Лучшие образцы кремниевых фотоэлементов имеют кпд около 15%, срок службы их практически неограничен. Солнечные батареи применяются главным образом в космической технике, где они занимают доминирующее положение как источники энергии на искусственных спутниках Земли, орбитальных станциях и космических кораблях, а также для снабжения электроэнергией удалённых от линии электропередачи районов с большим числом солнечных дней в году.