انتاج الكهرباء باستخدام المولد الكهروحراري
حياكم في قناة هيزن Hazen ، ماذا لو قلت لك بأن هناك طريقة جديدة لانتاج الكهرباء ؟ إنه المولد الكهروحراري .
أي هو مصدر حراري يمكن استغلاله لإنتاج طاقة كهربائية مباشرة ومن غير أجزاء متحركة ومن دون أي انبعاثات ضارة باستثناء أنها ليست تقنية حديثة وتم اكتشافها منذ حوالي مائة وخمسين عاماً.
آلية عمل المولد الكهروحراري ؟
الوحدات الكهروحرارية يمكن استخدامها لإنتاج الكهرباء وذلك عندما يتعرض أحد جهتي الوحدة لمصدر حراري كمثل الحرارة الناتجة عن جسم الإنسان، فيتولد عن ذلك فرق جهد كهربائي يمكن قياسه.
ببساطة عندما يكون هناك اختلاف في درجة الحرارة بين جهتي الوحدة الكهروحرارية، يتولد عن ذلك فرق جهد كهربائي يمكن قياسه.
وإذا لامس أحد الجهتين جسم منخفض الحرارة كسائل مبرد أو ماء متجمد مثلاً فإنه ينتج عنه فرق جهد.
والوحدة الكهروحرارية تعمل بطريقة عكسية أيضاً، إذا تم تمرير تيار كهربائي من خلالها فإن أحد الجهتين تنخفض حرارتها بينما ترتفع درجة حرارة الجهة الأخرى لتعمل كوحدة تبريد.
كيف يعمل المبرد و المولد الكهروحراري ؟
هذه الوحدة الكهروحرارية يوجد بداخلها 127 عنصراً، وكل عنصر مكون من نوعين من أشباه الموصلات.
وعندما يتعرض لمصدر حراري فإن الشحنات تنجرف إلى الجهة الأخرى حيث يمكن أن تحصد كتيار كهربائي.
هذه الظاهرة تسمى بتأثير سيبك نسبة لمكتشف الظاهرة، وهو الفيزيائي الألماني توماس يوهان سيبك Thomas Johann Seebeck وذلك في عام 1821.
وعندما يمرر من خلاله تيار كهربائي فإنه سيحدث العكس، حيث تنخفض درجة الحرارة في جهة لتلقى وتفرغ في الجهة الأخرى.
ويسمى بتأثير بلتيير نسبة لأحد مكتشفيه وهو الفيزيائي الفرنسي جين تشارلز بلتيير Jean Charles Peltier وذلك في عام 1834.
تطبيقات الأجهزة الكهروحرارية
إن بعض الصور الملتقطة لكويكب بلوتو قبيل عام 2016 لا ترتقي لجودة الصور التي التقطتها مركبة New Horizon في عام 2016 وكل الصور التي تلتها لم تكن لتحدث لولا المولد الكهروحراري .
هناك أكثر من عشرين مهمة فضاء اعتمدت على المولد الكهروحراري لأنه يمدها بالطاقة اللازمة، حيث تستخدم الحرارة الناتجة عن انحلال مادة مشعة مثل البلوتونيوم بطريقة مشابهة للتجربة السابقة.
ويوفر المولد الكهروحراري مزايا عديدة، حيث لا يحتاج لصيانة دورية ولا يحتوي على أجزاء متحركة، ويستمر بالعمل لفترات طويلة تصل لعشرات السنين.
فمثلاً مهمتي Voyager لا زالتا تعملان وقد مضى على إطلاقهما أكثر من 40 عاماً.
سلبيات الأجهزة الكهروحرارية
إذن، لماذا لا نرى المولد الكهروحراري في تطبيقات عملية أكثر ؟
الجانب السلبي للمولد الكهروحراري هو أن كفاءته متدنية للغاية، حيث لا تزيد عن 10% في أفضل الحالات. وحقيقة تكون ما بين 3% إلى 7%.
بينما تتوفر لدينا هنا على الأرض تقنيات أكثر كفاءة ونجاعة، كالوقود الأحفوري والطاقة النووية والخلايا الكهروضوئية.
هناك تطبيقات أخرى للأجهزة الكهروحرارية، حيث تستخدم كحساسات لقياس درجة الحرارة، وتستخدم في أجهزة تبريد محمولة، ولتبريد أجهزة الليزر المستخدمة في مجال الألياف الضوئية.
شكراً لكم على المشاهدة.
المصادر:
Thermoelectric Devices Cool, Power Electronics
A Simple Explanation of Seebeck Effect With its Applications
