Иванов-Циганов А.И. - Электротехнические устройства радиосистем (1979) (563351), страница 65
Текст из файла (страница 65)
с. у ннх пропадает. Чаще всего температура горячих спаев лежит в пределах 500 — 700' С. Несмотря на малый к. п. д., не превышающий 10%, термоэлектрические генераторы нашли широкое применение для питания переносных радиоустройств и радиоустройств космической связи. Объяс- няется это простотой эксплуатации, высокой надежностью, небольшой стоимостью. Внешняя характеристика одного из термоэлементов (рис. 14.8, б) достаточно круто спадает, поэтому для такого генератора не опасны короткие замыкания.
Удельные характеристики термогенераторов зависят от мощности и способа подогрева и для генераторов мощностью 200 — 300 Вт составляют !5 — 20 Вт/кг. При использовании побочного тепла удельные характеристики заметно повышаются. Один из космических термогенераторов содержит 2880 термоэлементов из сплава Ое — 6! р- и л-типов электропроводности. Оии объединены в 120 модулей, установленных на 40 трубках, по которым протекает теплоноситель.
В каждом модуле 6 последовательных термоэлементов, снимаемая с них мощность равна 4 — 5 Вт. Температура горячего сная около 500' С, а холодного = 315' С. Масса генератора 68 кг. Отдаваемая им мощность 500 Вт. Время безотказной работы !2 000 ч.
Общий вес всей установки вместе с атомным реактором 435 кг. В термогеиераторе «Ромашка» в качестве источника тепла используется реактор иа быстрых нейтронах и термоэлемеиты из сплава Ое — 5!. Мощность, отдаваемая термоэлементами, — 500 —; 800 Вт при токе нагрузки 88 А. Время безотказной работы 15 000 ч. В изотопиом термогенераторе источником тепла является ампула с изотопом *"Р,. Размер ампулы 6 х 6 х 1,3 см, она с двух сторон облицована термоэлементами (18 шт.).
Мощность, отдаваемая ими в нагрузку, равна 320 Вт. Тепловой поток через изолицию составляет 49 Вт. Общий к. п. д. установки 3 —: 3,5%. Аналогичные источники используют для питания радиорелейных и радиометеорологических станций. Источник «Бета-С» имеет мощность !О Вт, напряжение 6 В, вес 140 кг и срок службы !О лет. Устанавливались термоэлектрические генераторы и на спутниках системы «Космосы е 44.4 Термоэлектронные генераторы Термоэлектрониые генераторы работают при более высокой температуре разогрева, в сравнении с термогенераторами обладают большим к. п. д. Их принцип действия основан на использовании энергии электронов, испускаемых нагретым эмиттером — катодом (рис.
!4.9, а). Зхгиттируемые им электроны попадают на холодный анод (коллектор). Возвращаясь иа эмиттер по внешней цепи, они и создают в ией электрический ток. Лля'уменьшения влияния пространственного заряда электронов, находящихся в промежутке эмиттер — коллектор, последний ийогда заполняют парами легко ионизирующегося металла. Так, введение цезия позволяет увеличить расстояние между эмиттером и коллектором, получить при этом в десятки раз больший ток эмиссии. Внешняя 'характеристика одного элемента термоэлектронного генератора (рис. 14.9, б), у которого эмиттер активирован и нагрет до Т = 1860' К, а коллектор имеет температуру 7' = 920' К, показыаз6 вает, что с одного квадратного сантиметра 'эмиттера можно получить около 4 Вт электрической мощности в нагрузке.
Расстояние между эмиттером и коллектором в в этом генераторе равно 5 мкм. /.оса' гг При более высоких температурах эмиттера и меньшем расстоянии эмиттер— коллектор отдача генератора и его к. и. д, воз- гв растагот. В некоторых преобразователях к. п. д, ра- а йа вв гг гд йв вен 13,5%; с 1 см» поверх- . ности электродов снимается мощность до 20 Вт. аг А ШИРОКОМУ ПрИМЕНЕИНЮ РИС. !4.эе СХЕМа УСтРОйСтВа ГСРИОЭЯСНГРОННОГО термоэлектронного генерагенератора (а) н его внешняя характеристика (б): тпра препятстаует ЕГО НЕ г — анод; — панама; » — ненни; 4 — натой' большой срок службы, связанный с испарением высокотемпературного катода.
Каскадное соединение термоэлектронного и термоэлектрического генераторов'заметно повышает характеристики источника. $44.5 Источники электрической энергии, в которых используется солнечное излучение Солнце — неисчерпаемый источник энергии. Г!оэтому источники энергии, в которых используется солнечное излучение, при. влекают внимание всех энергетиков: В наружной атмосфере плотность энергии солнечного излучении 'весьма высока и составляет 1,ЗЗ кВт/м'. В атмосфере некоторая часть энергии поглощается. Поэтому в средних широтах в летние месяцы плотность мощности солнечной радиации на уровне моря достигает 0,8 — 0,9 кВт/м-". Из этой мощности примерно 30% приходится иа рассеянное переизлучение атмосферы.
Потери в атмосфере зависят от времени года и времени суток. Поэтому при самых оптимальных условиях среднесуточная плотность мощности солнечного излучения, падающего на горизонтальную площадку, меиыие 0,4 кВт/м', а среднегодовая 0,1 — 0,2 кВт/и'. Однако этой мощности достаточно, чтобы с поверхности размером 5 ~г 5 = 25 ме получать от солнца в течение суток 6 — !2 кВт ч энерпш при к. п. д. преобразователя всего в 10%. Этой энергии вполне достаточно для потребности средней семьи, имеющей полностью электрифицированные бытовые приборы.
Использование солнечного излучения для получения электрической энергии может осуществляться как непосредственно, так и с промежуточным его преобразованием в тепловую энергию. Во втором случае для получения электрической энергии может использоваться любой тепловой генератор. Так, известны турбоэлектрогенераторы, приводящиеся в действие от солнечно~о нагревателя, Параболическое 297 зеркало диаметром 9 м, обеспечивающее при благоприятных условиях освещения получение в его фокусе температуры 2800' С, нагревает рабочее тело турбины.
Турбина вращает электрогенератор, отдающий в нагрузку мощность 3 кВт. Весит такая установка около 300 кг. Применение в такой установке цилиндрического зеркала той же площади позволяет получить температуру в фокусе лишь 560' С н худшие показатели работы турбины. Более удобно в этом случае применять полупроводниковые термогенераторы. В качестве накопителя запаса энергии, необходимой для круглосуточной работы солнечной электростанции, применяют электрические и тепловые аккумуляторы. Хорошим тепловым аккумулятором является гидрид лития, имеющий скрытую теплоту плавления 890 калорий на грамм. Весьма перспективно применение солнечных электростанций в южных районах с большим количеством солнечных 2 дней в году.
Для питания радиоустройств космических аппаратов широко применяют непосредственные пре- 4 б образователи энергии солнечного излучения в электрическую энерРис. !4.10. КонстРукция злементоа гию, называемые с о л н е ч н ысолнечной батареи: ми батареями. Наибольшее ! — аерханй токоотаод; 2 — слой р-крем. кнн; 2 — р-п-переход; а — пластика применение получили кремниевые 'л-кренннн; х — ннжннй токоотаод солнечные батареи, так ка2( спект- ральная характеристика поглощения кремния хорошо согласуется со спектральной характеристикой солнечного излучения.
На поверхность пластины, представляющей собой монокристалл кремния и-типа, вносится присадка, сообщающая кремнио электропроводность р-типа. На глубине около 2,5 мкм формируется р-и-переход (рис. 14.!0). Поглощение солнечного света сопровождается появлением избыточных носителей заряда как электронов, так и дырок. Потенциальный барьер, возникающий в р-л-переходе, приводит к разделению избыточных, зарядов. В области р сосредоточатся избыточные дырки, а в области а — избыточные электроны. Таким образом, при поглощении солнечного света в освещаемом слое р-тнпа накопится положительный избыточный заряд, а в слое и-типа — отрицательный.
Стекание этих зарядов через внешнюю нагрузку и обеспечивает в ней ток. Концентрация избыточных носителей заряда, а следовательно, и создаваемая солнечной батареей э. д. с. зависят от мощности поглощаемого света и тока, отдаваемого ею в нагрузку. Эта зависимость придает внешней характеристике элемента батареи своеобразный вид (рис. 14.! 1). При относительно небольших мощностях светового потока, падающего на поверхность элемента, как э. д, с. холостого хода (/„ „ так н ток короткого замыкания 1,, растут с увеличением мощности. При 298 достижении напряжением холостого хода величины 0,5 — 0,55 В его дальнейший рост прекращается, увеличение световой мощности приводит к возрастанию тока короткого замыкания.
Наибольшую мощность с элемента заберет та нагрузка, вольтамперная характеристика которой (прямая линия на рис. !4.11) пройдет вблизи излома внешней характеристики элемента. Набрав соответ- хлкн ),б бб бб бсо бй бб аВ Рис. 14.12. Изменения анешпей характеристики от температуры Рис. 14.11.. Внешняя характеристи- на клемента солнечаой батареи ствующее число параллельно и последовательно включенных элементов батареи, можно добиться, что заданная нагрузка станет близка к оптимальной для этой батареи.
Однако условие согласования нагрузки и генератора будет выполняться лишь при определенной освещенности и определенной температуре. Влияние температуры на.внешнюю характеристику элемента солнечной батареи приводит (рис. 14.12) к изменению как напряжения холостого хода, так и тока короткого замыкания. Поэтому каждой температуре элемента должна соответствовать своя оптимальная нагрузка. Из-за этих особенностей солнечных батаРей прн нзменя1ощнхся рис. 14.1з.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
