مقدمه

برای تبدیل حرارتی می‌توان یا از جمع کننده‌های تخت و یا از آینه‌های متمرکز کننده استفاده کرد. از نظر ترمودینامیکی از جمع کننده‌های تخت ، دمای نسبتا کمتری گرفته می‌شود در صورتی که با آینه‌های سهموی دمای بالاتر و حتی در بعضی شرایط دمای بیشتر از تحمل مواد مورد استفاده بدست می‌آید. روش تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی یا تبدیل انرژی حرارتی به ترموالکتریکی توسط ماشین حرارتی خورشیدی که به مولد الکتریکی ترمو - یونی جفت شده ، انجام می‌پذیرید (هنوز در مرحله آزمایش است). با جریان هوای گرم که توسط انرژی خورشیدی تولید می‌شود، می‌توان یک دستگاه ماشین بادی را بکار انداخت، ولی هنوز مثال عملی در این مورد وجود ندارد.

مولدهای ترموالکتریکی خورشیدی

یک مدار بسته متشکل از دو فلز هادی مختلف که توسط جوش به هم متصل می‌شود، می‌تواند محل یک جریان پیوسته‌ای است، به شرط آنکه بین دو محل اتصال جوش ، اختلاف دما وجود داشته باشد. با استفاده از مواد نیم رسانا می‌توان بازده تبدیل قابل ملاحظه‌ای بدست آورد. یک مولد ترموالکتریکی از تعدادی کوپلها (جفتها) تشکیل شده که هر کدام از آنها از دو عنصر حرارتی تشکیل یافته است: یکی از نوع P و دیگری نوع N توسط پل فلزی که با منبع گرم در تماس است، به هم مربوطند. انتهای دیگر هر دو به یک مقاومت بسته شده و در دمای منبع سرد نگهداری می‌شوند.

منبع گرمای مورد استفاده می‌تواند یک شعله یا انرژی حرارتی یک سیال باشد که به انرژی خورشیدی نیز اندیشیده‌اند. در این مورد می‌توان از یک جمع کننده تخت را که شامل یک یا چند صفحه شیشه‌ای جهت جلوگیری از اتلافهای حرارتی تهیه می‌شود، و یا یک آینه متمرکز کننده را نیز مورد استفاده قرار داد. بهتر است دمای منبع سرد نزدیک به دمای محیط باشد، یا حداقل از آن خیلی دور نباشد؛ مثلا از جریان آب استفاده کرد و برای تأسیسات بزرگ آب گرم بدست آمده برای مصارف خانگی پیشنهاد شده است.
توان ترموالکتریکی یک ترموکوپل با رابطه زیر معین می‌شود:



که E نیروی الکتروموتوری ترموکوپل در مدار باز بر حسب ولت ، T₁ و T₂دماهای منبعهای سرد و گرم بر حسب درجه مطلق هستند. اگر n ترموکوپل با همان منبعهای گرم و سرد باشند، نیروی الکتروموتوری دستگاه مساوی با (ne(T₂ - T₁ است.

ترموکوپلهای تجارتی

ترموکوپلهای تجارتی معمولا توان ترموالکتریکی ضعیف و حدود 63 میکرو ولت بر درجه سانتیگراد هستند، به شرط آنکه اختلاف دما از 180 درجه سانتیگراد بیشتر نباشد. ترموکوپلی با یک آلیاژ مثبت متشکل از 35 درصد روی و 65 درصد آلومینیوم (شامل 2 درصد قلع ، 0.1 درصد نقره و 6 درصد بیسموت) و یک آلیاژ منفی 91 درصد بیسموت و 9 درصد آنتیموان توان ترموالکتریکی برای اختلاف دمای 80 درجه سانتیگراد به 280 میکرو ولت بر درجه سانتیگراد می‌رسد. متأسفانه به علت ذوب این آلیاژها در دمای 260 درجه سانتیگراد نمی‌توان آن را برای دماهای بالا بکار برد.

برای اصلاح بازده باید موادی با توان ترموالکتریکی بالا را بکار برد و لازم است موادی که مورد استفاده قرار می‌گیرند قابلیت هدایت گرمایی (K) ضعیف و مقاومت مخصوص (r) کمتری داشته باشند. تا به حال بازده 10 درصد با موادی که در اختیار دارند، برای دمای 500 درجه منبع گرم و 20 درجه منبع سرد بدست آمده است و با تکنیک خاصی بازده را به 12 درصد نیز بالا برده‌اند. اولین نمونه مولدهایی با جمع کننده تخت با یک یا دو صفحه شیشه‌ای و بدون متمرکز کردن تشعشع خورشیدی بوده است. بازده حاصل از این نوع تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی حدود 0.5 درصد با جمع کننده‌های تخت بوده است. ترموکوپلهایی با نیمه هادیها تهیه شده و توان ترموالکتریکی آنها بیشتر بوده است.

مباحث مرتبط با عنوان

• اثر فتوالکتریک
• الکتریسیته
• انرژی الکتریکی
• انرژی خورشیدی
• باتری خورشیدی
• پمپ خورشیدی
• ترموکوپل
• فتوولتائیک
• منابع انرژی آینده