Источник высокого качества Элемента Пельтье Генератор производителя и Элемента Пельтье Генератор на Alibaba.com
Исследуйте массив. элемента пельтье генератор каталог на Alibaba.com и покупайте продукты, которые стоят каждой копейки. элемента пельтье генератор на Alibaba.com доступны в различных размерах, температурах и выходном токе .. элемента пельтье генератор полезны для обеспечения однонаправленного потока тока, достижения переменного сопротивления в данной цепи, а также для специализированных приложений, таких как светочувствительность.
элемента пельтье генератор доступны в виде термисторов, резисторов, термоэлектрических охладителей и т. д. на Alibaba.com. У них есть несколько значений удельного сопротивления и проводимости в соответствии с вашими потребностями. элемента пельтье генератор легированы как n-тип или p-тип. Производство товаров осуществляется из кремния, германия или стекла. элемента пельтье генератор легкие, а их электрические свойства можно легко изменить. Они также уменьшают потери мощности, в отличие от традиционных проводников. Эти изделия обеспечивают умеренный контролируемый поток тока, что делает их идеальным выбором для компактных цепей, требующих незначительного тока.
элемента пельтье генератор в наличии интегральные схемы, пружинные зонды, сверхтонкие и толстые пластины. Они используются в качестве тестовых пластин или виртуальных пластин, чтобы минимизировать время и расходы на тестирование электрических характеристик. элемента пельтье генератор являются центральным элементом быстро развивающейся индустрии электроники и потребительских товаров. Они применимы в автомобилях, медицинских инструментах, бытовой технике, исследованиях и разработках, обороне и т. Д. элемента пельтье генератор обеспечивают надежную работу и быстрые операции во множестве отраслей. Продукты прошли строгие испытания, такие как электрическое сопротивление, электронная микроскопия, рентгеновская рентгеноскопия и т. Д., Что подтвердило высочайшее качество.
С помощью этих данных можно получить данные о прибыли. элемента пельтье генератор диапазон на Alibaba.com. Авторитетный. Поставщики элемента пельтье генератор по всему миру покупают на этом сайте благодаря своему превосходному качеству и выгодным предложениям. Купите сейчас и не упустите эксклюзивные продукты и услуги премиум-класса, которые выделят вас среди конкурентов.
Электростанция на элементах пельтье
Я расскажу как получить электричество из тепла и как построить своими руками термоэлектрогенератор средних размеров, который можно использовать в походах и на открытой природе, а также просто так, для зарядки электронных устройств, посредством зарядки перезаряжаемых батарей от любого источника огня. При использовании ракетной печи или походной печки и газа для более быстрого сгорания, сгенерируется больше энергии.
Термоэлектрический генератор идеально подходит для выживания в случае стихийных бедствий, поскольку позволяет производить электроэнергию из легкодоступного источника — огня. Солнечную энергию можно получить только днем, а сбор лунного света неэффективен и требует создания дорогой линзы, энергию ветра возможно получить не в любой день. Огонь — это мощный и опасный источник энергии, поэтому будьте осторожны при использовании устройства и остерегайтесь горячей части радиатора и т.д.
Шаг 1: Необходимые детали
- 1х Элемент Пельтье (термоэлектрический преобразователь)
- Алюминиевый радиатор среднего размера (я достал свой из старого ПК)
- Толстый электрический кабель двух цветов (опционально)
- Входные и выходные разъемы/гнезда, предварительно купленные или изготовленные (для ввода и вывода энергии) (опционально)
- Проектный корпус, частично теплозащищенный, если возможно. Используйте изоляционный материал, металл, фольгу и т.д. (опционально)
- Термопаста (опционально), алюминиевая фольга (желательно)
- Резак для резки тонких металлов
- Ножницы по металлу
- Разные отвертки (для закручивания винтов корпуса и входов/выходов)
- Разные винты и болты (для крепления металлических пластин и радиатора)
- Паяльник и припой (опционально) для надежного крепления
- Аккумуляторная батарея низкой или средней мощности (для подзарядки)
- Термоусадочные трубки для защиты проводов от тепла (необходимо)
- 1х блокирующий диод, чтобы предотвратить обратную зарядку.
- 2 алюминиевые банки (металлическая пластина)
- Толстая медная проволока
- Цифровой мультиметр
Все, что отмечено как опциональное, не обязательно к сборке термогенератора, но будет полезным, например корпус для аккумулятора и блокирующий диод.
Шаг 2: Конструирование
Построить корпус и тепловой генератор электричества довольно просто.
Во-первых, отрежьте от алюминиевых банок дно и крышку и разрежьте получившиеся куски пополам. Сложите 4 куска вместе и, прижав, вырежьте отверстия в углах для гаек. Прижмите листы гайками. Основа для устройства готова.
Если имеется термопаста, намажьте её на радиатор и основу, используя старую кредитку. Вам нужен квадрат размером с элемент Пельтье для выработки электричества. Поместите элемент Пельтье холодной стороной к радиатору, а горячей к алюминию. Проверить стороны можно подключив модуль к двум батареям 1.5v и потрогав каждую из сторон.
Нужно положить модуль между радиатором и алюминиевыми листами и немного вдавить в термопасту. Теперь, используя плоскогубцы, нужно обернуть медную проволоку вокруг выпирающих частей радиатора и под болтами на алюминиевой основе. Это соединит радиатор, основу и элемент Пельтье друг с другом. Основной блок сделан.
Шаг 3: Тестирование теплогенератора
Я использовал для теста термоэлектрического генераторного модуля одну маленькую свечку внутри оловянной банки, покрытой изоляционной лентой и подставку из металлического корпуса компьютерного вентилятора. В зависимости от количества тепла, мощность будет медленно подниматься и продолжать расти до заданного напряжения.
Также на эффективность влияет охлаждение радиатора, в холодный день радиатор будет остывать быстрее. К устройству могут быть подключены топливная или ракетная печь, этим можно заряжать аккумуляторы или электронные устройства.
На самом деле эта вещь не подходит для повседневного использования, поскольку элемент Пельтье рано или поздно сломается и сделает устройство неэффективным. В любом случае, оно может использоваться для получения электроэнергии в походе, при экстренных случаях и т.д.
Смотрите видео для тестов и показаний напряжения и скорости его подъема. Тест дома с питанием от свечки. Второй тест с маленькой печкой, в котором видно, что если непрерывно подавать топливо, то за 3-4 минуты можно зарядить батарею или две.
Шаг 4: Улучшения
Возможные следующие модернизации устройства:
- Добавьте еще одну ячейку Пельтье чтобы удвоить выход напряжения.
- Подключите Joule Thief или несколько для небольшого увеличения напряжения.
- Используйте более качественные теплопроводные материалы, больший радиатор и более толстую алюминиевую или медную плиту в качестве основы.
- Можно качественнее закрепить ячейку Пельтье при помощи медной проволоки или термопасты, что улучшит перенос тепла.
- Используйте ракетную печь вместо открытых источников огня. Жар ракетных печей локализован, что будет эффективнее заряжать устройства.
- Используйте несколько связанных друг с другом устройств, соединив их последовательно над источником огня, чтобы увеличить выход напряжения.
- Можно улучшить термоизоляцию на проводах, фольге и изоляционной ленте (ракетные печи, как правило, немного плавят провода)
- Сделать запас компонентов и деталей (если что-то сломается или прогорит, всегда можно будет починить устройство)
Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.
Согласно мировой статистике, от общего числа выработанной электроэнергии, на ТЭС приходится более 60%. Как известно, для работы тепловых электростанций необходимо органическое топливо, запасы которого не бесконечны. Помимо того, положенный в основу техпроцесс не является экологически чистым. Но низкая стоимость оргтоплива и высокий КПД ТЭС, позволяет получать «дешевое» электричество, что оправдывает применение данной технологии. Выход из сложившейся ситуации – альтернативные источники энергии, к таковым относятся термоэлектрические генераторы (далее ТЭГ), о них и пойдет речь в этой статье.
Что такое термоэлектрический генератор?
Так принято называть устройство, позволяющее преобразовать тепловую энергию в электрическую. Следует уточнить, что термин «Тепловая» не совсем точен, поскольку тепло, это способ передачи, а не отдельный вид энергии. Под данным определением подразумевается общая кинетическая энергия молекул, атомов и других структурных элементов, из которых состоит вещество.
Несмотря на то, что на ТЭС сжигается топливо для получения электричества, ее нельзя отнести к ТЭГ. На таких станциях тепловая энергия вначале преобразуется в кинетическую, а она уже в электрическую. То есть, топливо сжигается для получения из воды пара, который вращает турбину электрического генератора.
Схема работы ТЭС
Исходя из выше изложенного, следует уточнить, что ТЕГ должен генерировать электроэнергию без промежуточных преобразований.
Принцип работы
В основе ТЭГ лежит термоэлектрическое явление, описанное в начале 20-х годов XIX века немецким ученым-физиком Томасом Иоганном Зеебеком. Он обнаружил появление ЭДС в цепи замкнутого типа, состоящей из проводника и сурьмы, при условии создания разности температур в местах, где эти материалы контактируют. Изображение устройства, при помощи которого был зафиксирован данный эффект, представлено ниже.
Обозначения:
- 1 – медный проводник.
- 2 – проводник из сурьмы.
- 3 – стрелка компаса.
- А и В – места контакта двух проводников.
При нагревании одного из контактов стрелка отклонялась, что свидетельствовало о наличии магнитного поля, вызванного ЭДС. При нагреве другого контакта, направление ЭДС менялось на противоположное. Соответственно, при разрыве цепи, можно зафиксировать разность потенциалов на ее концах.
Через 12 лет, после публикации Зеебеком результатов своих опытов, французским физиком Жаном Пельтье был обнаружен обратный эффект. Если через цепь термопары пропускать ток, то в местах контакта этих веществ возникает разность температур. Мы не будем приводить описание опыта Пельтье, а также данные по современным одноименным элементам, эту информацию можно найти на нашем сайте.
По сути, оба эти эффекта обратные стороны одного термоэлектрического явления, позволяющего напрямую получать электричество из тепловой энергии. Но, до открытия полупроводников, термоэлектрический эффект не находил практического применения, ввиду неприемлемо низкого КПД. Поднять его до 5% удалось только в середине пошлого века. К сожалению, даже у современных полупроводниковых элементов, этот показатель остается на уровне 8%-12%, что не позволяет рассматривать генераторы данного типа в качестве серьезных конкурентов ТЭС.
Современный элемент Пельтье с указанием размеров
Перспективы
В настоящее время продолжаются опыты по подбору оптимальных термопар, что позволит увеличить КПД. Проблема заключается в том, что под данные исследования затруднительно подвести теоретическую базу, поэтому приходится полагаться только на результаты экспериментов. Учитывая, что на эффект влияет процентное соотношение и состав сплавов материала для термопар, говорить о ближайших перспективах неблагодарное занятие.
Велика вероятность, что в ближайшее время для повышения добротности термоэлементов, разработчики перейдут на другой уровень изготовления сплава для термопар, с использованием нано-технологий, ям квантования и т.д.
Вполне возможно, что будет разработан совершенно иной принцип с использованием нетрадиционных материалов. В качестве примера можно привести эксперименты, проводимые в Калифорнийском университете, где для замены термопары использовалась искусственная синтезированная молекула, которая соединяла два золотых микро проводника.
Молекула вместо термопары
Первые опыты показали возможность реализации идеи, насколько она перспективна, покажет время.
Сфера применения и виды термоэлектрических генераторов
В виду низкого КПД для ТЭГ остается два варианта применения:
- В местах, где недоступны другие источники электроэнергии.
- В процессах, где имеется избыток тепла.
Приведем несколько примеров таких устройств.
Энергопечи
Данные, устройства, совмещающие в себе следующие функции:
- Варочной поверхности.
- Обогревателя.
- Источника электроэнергии.
Это прекрасный образец, объединяющий все оба варианта применения.
Индигирка – три в одном
У представленной на рисунке энергопечи следующие параметры:
- Вес – чуть больше 50 килограмм (без учета топлива).
- Размеры: 65х43х54 см (с разобранным дымоходом).
- Оптимальная загрузка оргтоплива – 30 литров. Допускается использование лиственной древесины, торфа, бурового (не каменного!) угля.
- Средняя тепловая мощность устройства около 4,5 кВт.
- Мощность электронагрузки от 45-50 Вт.
- Стабилизированное постоянное напряжение на выходе – 12 В.
Как видите, эти параметры вполне приемлемы для условий, где нет электричества, отопления и газа. Что касается небольшой электрической мощности, то ее вполне достаточно для зарядки мобильных устройств или питания других гаджетов, через адаптер от автомобильного прикуривателя.
Радиоизотопные ТЭГ
В качестве источника тепла для ТЭГ может выступать тепловая энергия, выделяющаяся в процессе распада нестабильных элементов. Такие источники называют радиоизотопными. Основное их преимущество заключается в том, что не требуется постоянная загрузка топлива. Недостаток – необходимость установки защиты от ионизирующего излучения, невозможность перезаправки топлива и необходимость утилизации.
Срок эксплуатации таких источников напрямую зависит от периода полураспада вещества, используемого в качестве топлива. К последнему предъявляется следующий ряд требований:
- Высокий коэффициент объемной активности, то есть небольшое количество вещества должно обеспечивать нужный уровень выделения энергии.
- Поддержка необходимого уровня мощности в течение длительного времени. На этот параметр отвечает, как было отмечено выше, влияет период полураспада, например у стронция-90 он 29 лет, следовательно, источник через это время потеряет половину своей мощности.
- Ионизирующее излучение должно быть удобным для утилизации, то есть в нем должны преобладать α-частицы.
- Необходимый уровень безопасности. То есть ионизирующее излучение не должно нанести вред экологии (в случае эксплуатации на земле) и питающемуся от такого источника оборудованию.
Таким критериям отвечают изотопы кюрия-244, плутония-238 и упоминавшийся выше стронций-90.
Сфера применения РИТЕГ
Несмотря на серьезные требования к таким источникам, сфера их применения довольно разнообразна, они используются как в космосе, так и на земле. Ниже на фото, изображен РИТЕГ, работавший на космическом аппарате Кассини. В качестве топлива использовался изотоп плутония-238. Период полураспада этого элемента чуть больше 87 лет. Под конец 20-ти летней мисси источник вырабатывал 650 Вт электроэнергии.
Радиоизотопное «сердце» Кассини
Кассини была приведена в качестве примера, а на счет массовости можно констатировать, что, практически, все КА для электропитания оборудования используют РИТЕГ. К сожалению, характеристики радиоизотопных источников энергии космических аппаратов, как правило, не публикуются.
На земле ситуация приблизительно такая же. Технология РИТЕГ как бы известна, но ее детали относятся к закрытой информации. Достоверно известно, что такие установки применяются в качестве источника питания навигационного оборудования в местности, где по техническим причинам невозможно получать электроэнергию другим способом. То есть, речь идет о труднодоступных регионах.
К сожалению, такие источники не самая подходящая альтернатива ТЭС с экологической точки зрения.
РИТЕГ поднятый с 14-митровой глубины возле Сахалина
Как сделать термоэлектрический генератор своими руками?
В завершении расскажем, как сделать ТЕГ, которым можно пользоваться в турпоходе, на охоте или рыбалке. Естественно, мощность таких устройств будет уступать радиоизотопным генераторам энергии, но ввиду труднодоступности плутония, и его неприятным свойством наносить вред человеческому организму придется довольствоваться малым.
Нам понадобится термоэлектрический элемент, например, ТЕС1 12710. Желательно использовать несколько элементов, подключенных параллельно, для увеличения мощности. К сожалению, тут есть очень серьезный нюанс, потребуется подобрать элементы со сходными параметрами, что у китайской продукции практически не реально, а использовать брендовую дорого, проще купить готовый генератор. Если использовать один модуль Пельте, то его мощности едва хватит для зарядки телефона или другого гаджета. Нам также понадобится металлический корпус, например, отслужившего блока питания ПК и радиатор от процессора.
Основные моменты сборки:
Наносим на корпус термопасту в месте, где будет крепиться термоэлектрический элемент, прислоняем его и фиксируем радиатором. В результате у нас получается конструкция, как на нижнем рисунке.
Туристический ТЭГ
В качестве топлива лучше всего использовать «сухой спирт».
Теперь необходимо подключить к нашему источнику стабилизатор напряжения (схему можно найти на нашем сайте или в других тематических источниках).
Конструкция готова, можно приступать к проверке.
Итак, я собрал его! Правда нужно заменить плату умножителя на выходе, 4 элемента пельте не дают полный usb вольтаж.
Регистрируемся тут и покупаем з 5 долларов элемент ТЕС1-12706. А лучше подороже помощнее сразу..за 20 баксов
Соотношение примерно 7:1 (потребляемая электрическая мощность : генерируемая электрическая мощность)
| Мощность нагрева, Вт | Ток элемента Пельтье, А | Напряжение на элементе Пельтье, В | Мощность элемента Пельтье, Вт | КПД, % | ∆T, °С | Эффективность, мВт/°С | Удельная эффективность, Вт/(°С*кг) |
| 45,2 | 0,134 | 1,94 | 0,26 | 0,567 | 60 | 4,333 | 0,173 |
| 0,253 | 1,57 | 0,397 | 0,879 | 62 | 6,403 | 0,256 | |
| 0,501 | 0,67 | 0,336 | 0,744 | 63 | 5,333 | 0,213 | |
| 0,603 | 0,26 | 0,157 | 0,348 | 62 | 2,532 | 0,101 | |
| 63,8 | 0,135 | 2,61 | 0,352 | 0,551 | 78 | 4,513 | 0,181 |
| 0,253 | 2,41 | 0,61 | 0,956 | 83 | 7,349 | 0,294 | |
| 0,503 | 1,55 | 0,78 | 1,222 | 85 | 9,176 | 0,367 | |
| 0,798 | 0,35 | 0,279 | 0,437 | 85 | 3,282 | 0,131 | |
| 99,9 | 0,134 | 3,88 | 0,52 | 0,521 | 108 | 4,815 | 0,193 |
| 0,254 | 3,48 | 0,884 | 0,885 | 121 | 7,306 | 0,292 | |
| 0,499 | 2,45 | 1,223 | 1,224 | 126 | 9,706 | 0,388 | |
| 0,907 | 0,4 | 0,363 | 0,363 | 126 | 2,881 | 0,115 |
| Мощность нагрева, Вт | Ток элемента Пельтье, А | Напряжение на элементе Пельтье, В | Мощность элемента Пельтье, Вт | КПД, % | ∆T, °С | Эффективность, мВт/°С | Удельная эффективность, Вт/(°С*кг) |
| 61,9 | 0,135 | 2,05 | 0,277 | 0,448 | 58 | 4,776 | 0,217 |
| 0,25 | 1,76 | 0,44 | 0,711 | 56 | 7,857 | 0,357 | |
| 0,5 | 1,1 | 0,55 | 0,889 | 50 | 11 | 0,5 | |
| 0,904 | 0,47 | 0,425 | 0,687 | 53 | 8,019 | 0,364 | |
| 80,9 | 0,136 | 2,7 | 0,367 | 0,454 | 76 | 4,829 | 0,219 |
| 0,254 | 2,39 | 0,607 | 0,751 | 73 | 8,315 | 0,378 | |
| 0,495 | 1,78 | 0,881 | 1,09 | 70 | 12,586 | 0,572 | |
| 1,076 | 0,55 | 0,592 | 0,732 | 66 | 8,97 | 0,408 | |
| 99,0 | 0,134 | 3,26 | 0,437 | 0,441 | 92 | 4,75 | 0,216 |
| 0,259 | 2,94 | 0,761 | 0,769 | 89 | 8,551 | 0,389 | |
| 0,516 | 2,2 | 1,135 | 1,147 | 83 | 13,675 | 0,622 | |
| 1,243 | 0,73 | 0,907 | 0,916 | 82 | 11,061 | 0,503 |
Красным я выделил те параметры, которые вы получите на выходе…
Цитата: близкое к реальности значение- два модуля выдавали 4…6 Вт. Чтобы с помощью одного модуля получить 10 Вт*ч энергии, надо чтобы генератор работал 10 ÷ 2,8 = 3,57 ч, а для 14 Вт*ч – 5 часов.
В итоге планирую от двух модулей получить 5 вольт 1 ампер! Но это при условии 50 градусов на холодной, 250 на горячей.
Думаю это аналог http://www.tellurex.com/pdf/G2-40-0313-Specifications.pdf
Взято отсюда http://inerton.ucoz.ru/publ/ehlektronika/dc_dc_preobrazovateli/generator_na_ehlemente_pelte/16-1-0-30
Примеры промышленных установок http://espressomilkcooler.com/thermoelectric-power-generator-systems-for-sale/ на 50ватт
Интересный http://www.tellurex.com/pdf/G2-56-0375-Specifications.pdf 4 вольта 3 ампера , сто баксов
– скорее всего на таком модуле сделан
http://thermoelectric-generator.com/wp-content/uploads/2013/03/SpecTEG1-12611-6.0Thermoelectric-generator1.pdf TEG1-12611-6.0 14 Watt = 4V 3 A (75$)
Думаю и это аналог (57 ватт выработка, 400 выдает тепла) http://www.aliexpress.com/item/Free-Shipping-Brand-New-400W-26A-Thermoelectric-Cooler-Peltier-Plate-TEC-Guaranteed-100/473760336.html 24 бакса!
И вот таблица всех китайских элементов, смотрим на максимальные ватты
http://www.ebay.com/itm/Gigantic-62mm-545-Watt-Thermoelectric-Peltier-Cooler-/310135040904?pt=US_CPU_Fans_Heatsinks&hash=item48357d2b88 545 Watt Thermoelectric Peltier Cooler US $39.99
взято тут http://menshikov-y.narod.ru/PODELKI/FOR_POXOD/Generator.htm
еще красивого http://www.instructables.com/id/Emergency-LED-powered-by-Fire/
Solution:
With lots of testing and experimenting I come to the conclusion I would need a powerful TEG-module. I have previously used a cheap TEC-module (8€) but it only produce about 0.5W and too low voltage and max temperature. I could use several of them but it will be a more complicated and heat limited construction. I found a 40x40mm TEG that produce 5.9W (4.2V/1.4A) at 180ºC difference.
на 400 ваттном модуле вроде
Heat source: 6x свечек
Usage: Power LED
Output power (excluding cooling fan @ 30% speed): 0.44W
Heat source: gas burner/stove
Usage: Charge iPhone 4s
Input power (TEG output): 3.2W
Output power (excluding cooling fan, 0.7W): 4.5V@400mA => 1.8W
Efficiency: 2.5/3.2 = 78%
Temp (approx): 270ºC hot side and 120ºC cold side (150ºC difference)
Comment: Only run shorter periods
Электротехника: Электрогенератор на элементе Пельтье
Существует некоторое количество способов преобразования тепловой энергии в электрическую. Чаще всего для этого используют какой либо тепловой двигатель преобразующий тепловую энергию в механическую вместе с электрогенератором преобразующим механическую энергию в электрическую. Но также существуют преобразователи способные преобразовывать тепловую энергию непосредственно в электрическую. Такие преобразователи возможны по тому что существует эффект Зеебека. Однако несмотря на то что в таких преобразователях происходит непосредственное преобразование они всё таки, как правило, имеют меньшую эффективность чем те что используются обычно. По этой причине, на данный момент, преобразователи на эффекте Зеебека не получили широкого распространения. Однако они имеют свои преимущества, например: простота конструкции, отсутствие движущихся и трущихся частей что означает большую долговечность и низкий уровень шума. Простота конструкции означает то что их проще изготовить в домашних условиях. Для изготовления такого генератора. Для этого можно использовать элементы Пельтье http://ali.pub/3svdmu, большие радиаторы которые надо прикреплять к одной стороне элементов а также какое либо приспособление для подвода тепла к другой стороне элементов от источника тепла а также понадобиться сам источник тепла. Генератор на одном элементе Пельтье может например выглядеть примерно так:Электрогенератор на элементе Пельтье
Генератор на фотографии выше, в ходе испытаний, смог выдать напряжение около 1.5В и ток около 100 мА. Т.о. данный генератор вполне может выполнять функцию стационарной батарейки. Но возможно что это ещё не предел. Понаблюдать за данными испытаниями можно на видео:
КАРТА БЛОГА (содержание)
Генератор на элементах пельтье своими руками
Лучшее время для работы термогенератора на основе элементов пельтье, это конечно же зима. Потому что их нужно хорошо охлаждать, чтобы хоть что-то получить.
В эксперименте с испытанием мощного генератора использованы 12 модулей Пельтье TEC1-12706. Самые дешевые и популярные, продаются в этом китайском магазине. Для него есть кулер охлаждения.
Охлаждение в показанном примере осуществлялось вентилятором мощностью 5,4 ватта, 12 вольт.
О том, что это такое элемент Пельтье, какие у него характеристики и как работает, конструкции рабочих моделей, описано в нескольких статьях на нашем сайте, которые вы легко сможете найти через строку удобного поиска.
Цель эксперимента узнать, какую максимальную мощность может выдать обычный китайский самый дешевый термоэлемент в зимнее время года.
Итак, с началом эксперимента печь растоплена, когда дрова немного разгорелись, термогенератор начал работать и запустился вентилятор. Он охлаждает холодную сторону термоэлементов. Схема простейшая. В конце видео показано, как собирается такой термогенератор.
В ходе эксперимента будет достигнуто максимальное напряжение холостого хода этого генератора. Потом при помощи потенциометра это напряжение будет понижено ровно вполовину. Тем самым уровняется сопротивление генератора и сопротивление нагрузки. Тогда в генераторе и в нагрузке рассеивается одна и та же величина мощности. Это даст 50 процентную мощность, точнее кпд 50% отдаваемой мощности. Это соответствует эффективности всего лишь 50%. Но зато выход такой мощности будет максимальным в таком соотношении. Но передача максимальной мощности имеет место только при таком соотношении!
По мере разогрева печи растет напряжение, выдаваемое электрогенератором. Вентилятор набрал обороты, это довольно мощный вентилятор мощностью 5,5 ватт. Поэтому часть мощности он будет отбирать на себя. Та мощность, которую сейчас будет определена, это будет полезная мощность. Больше 26 вольт напряжение не поднимается. Подключаем потенциометр и начинаем добавлять сопротивление.
Из 12 элементов пельтье получается 0,5 ватт и более на один элемент. При температуре воздуха ноль градусов это неплохой показатель на воздушном охлаждении. При температуре -20 результат был бы на порядок выше. Поэтому вполне возможно получить даже до одного ватта на один элемент пельтье, но при большом морозе.
Теперь вентилятор будет подключен через ваттметр для того, чтобы посмотреть, сколько полезной энергии расходуется на его работу. Прибор показал 6 ватт. Если бы не этот вентилятор, можно было бы добавить еще 5-6 ватт к мощности этого термогенератора.
В продолжение эксперимента вентилятор планировалось отключить, чтобы охлаждение делать с помощью снега. После того, как вентилятор сброшен, радиатор будет обильно покрыт снегом. Однако, в эксперименте произошла неожиданная авария. После того, как был снят вентилятор, печка перегрелась и вышел из строя какой-то из элементов пельтье, расплавившись без охлаждения. В системе произошло разъединение контактов. Поэтому вентилятор является в данном устройстве полезным элементом. Для безопасности же необходимо использовать защитные решетки.
Вывод следующий: порядка 1 ватта на элемент пельтье можно получить при хорошем морозе. Есть места, например якутия или дальний север, температура доходит до минус 50 градусов цельсия. Так что там 1 ватт с элемента получить будет просто. Представьте, в юрте печка, а за ней стена размером 1 x 2 м. Теплый стороной внутрь печки, а холодный наружу, где мороз и ветер. С одного квадратного метра таких элементов можно снять до 0,5 киловатта электричества. То есть, с 2 квадратных метров можно получить до одного киловатта электроэнергии.
Такие мощные печи на основе элементов Пельтье производятся в России. Называются они “Электрогенерирующая печь Индигирка”. Купить их можно в этом магазине, скидочный промокод 11920924.
Конструкция такого термогенератора предельно проста. 12 самых дешевых китайских элементах пельтье зажимаются между двумя алюминиевыми радиаторами, которые должны иметь ровные, в идеале полированные, поверхности. Естественно, на каждую сторону термоэлемента наносится термопаста. Скручиваем радиаторы болтами и соединяем проводами. Крепим кулер, желательно мощнее. Ну и сама печка. Это кусок оцинковки, лучше нержавейки. Крепится к горячему радиатору болтами. Потом делается дно с отверстиями 7-8 миллиметров для забора воздуха.
Есть продолжение этого эксперимента. Чтобы найти его, напишите в поиске по сайту: Пельтье на воздушном охлаждении.
Лучшее время для работы термогенератора на основе элементов пельтье, это конечно же зима. Потому что их нужно хорошо охлаждать, чтобы хоть что-то получить.
В эксперименте с испытанием мощного генератора использованы 12 модулей Пельтье TEC1-12706. Самые дешевые и популярные, продаются в этом китайском магазине. Для него есть кулер охлаждения.
Охлаждение в показанном примере осуществлялось вентилятором мощностью 5,4 ватта, 12 вольт.
О том, что это такое элемент Пельтье, какие у него характеристики и как работает, конструкции рабочих моделей, описано в нескольких статьях на нашем сайте, которые вы легко сможете найти через строку удобного поиска.
Цель эксперимента узнать, какую максимальную мощность может выдать обычный китайский самый дешевый термоэлемент в зимнее время года.
Итак, с началом эксперимента печь растоплена, когда дрова немного разгорелись, термогенератор начал работать и запустился вентилятор. Он охлаждает холодную сторону термоэлементов. Схема простейшая. В конце видео показано, как собирается такой термогенератор.
В ходе эксперимента будет достигнуто максимальное напряжение холостого хода этого генератора. Потом при помощи потенциометра это напряжение будет понижено ровно вполовину. Тем самым уровняется сопротивление генератора и сопротивление нагрузки. Тогда в генераторе и в нагрузке рассеивается одна и та же величина мощности. Это даст 50 процентную мощность, точнее кпд 50% отдаваемой мощности. Это соответствует эффективности всего лишь 50%. Но зато выход такой мощности будет максимальным в таком соотношении. Но передача максимальной мощности имеет место только при таком соотношении!
По мере разогрева печи растет напряжение, выдаваемое электрогенератором. Вентилятор набрал обороты, это довольно мощный вентилятор мощностью 5,5 ватт. Поэтому часть мощности он будет отбирать на себя. Та мощность, которую сейчас будет определена, это будет полезная мощность. Больше 26 вольт напряжение не поднимается. Подключаем потенциометр и начинаем добавлять сопротивление.
Из 12 элементов пельтье получается 0,5 ватт и более на один элемент. При температуре воздуха ноль градусов это неплохой показатель на воздушном охлаждении. При температуре -20 результат был бы на порядок выше. Поэтому вполне возможно получить даже до одного ватта на один элемент пельтье, но при большом морозе.
Теперь вентилятор будет подключен через ваттметр для того, чтобы посмотреть, сколько полезной энергии расходуется на его работу. Прибор показал 6 ватт. Если бы не этот вентилятор, можно было бы добавить еще 5-6 ватт к мощности этого термогенератора.
В продолжение эксперимента вентилятор планировалось отключить, чтобы охлаждение делать с помощью снега. После того, как вентилятор сброшен, радиатор будет обильно покрыт снегом. Однако, в эксперименте произошла неожиданная авария. После того, как был снят вентилятор, печка перегрелась и вышел из строя какой-то из элементов пельтье, расплавившись без охлаждения. В системе произошло разъединение контактов. Поэтому вентилятор является в данном устройстве полезным элементом. Для безопасности же необходимо использовать защитные решетки.
Вывод следующий: порядка 1 ватта на элемент пельтье можно получить при хорошем морозе. Есть места, например якутия или дальний север, температура доходит до минус 50 градусов цельсия. Так что там 1 ватт с элемента получить будет просто. Представьте, в юрте печка, а за ней стена размером 1 x 2 м. Теплый стороной внутрь печки, а холодный наружу, где мороз и ветер. С одного квадратного метра таких элементов можно снять до 0,5 киловатта электричества. То есть, с 2 квадратных метров можно получить до одного киловатта электроэнергии.
Такие мощные печи на основе элементов Пельтье производятся в России. Называются они “Электрогенерирующая печь Индигирка”. Купить их можно в этом магазине, скидочный промокод 11920924.
Конструкция такого термогенератора предельно проста. 12 самых дешевых китайских элементах пельтье зажимаются между двумя алюминиевыми радиаторами, которые должны иметь ровные, в идеале полированные, поверхности. Естественно, на каждую сторону термоэлемента наносится термопаста. Скручиваем радиаторы болтами и соединяем проводами. Крепим кулер, желательно мощнее. Ну и сама печка. Это кусок оцинковки, лучше нержавейки. Крепится к горячему радиатору болтами. Потом делается дно с отверстиями 7-8 миллиметров для забора воздуха.
Есть продолжение этого эксперимента. Чтобы найти его, напишите в поиске по сайту: Пельтье на воздушном охлаждении.
С появлением элементов Пельтье стало возможным сделать генератор самостоятельно.
Для этого нам понадобятся:
1. Материалы
-радиатор от компьютера
-два алюминиевых профиля
-термопаста
-элементы Пельтье (2 шт.) ТЕС1-12706
-повышающий преобразователь электрического тока ( вход. 2В )
-провода
-мебельные болты
2. Инструменты
-ножовка по металлу
-паяльник
-шуруповерт
-сверла
-молоток
-плоскогубцы
-отвертка
1 Шаг
Приступим к сборке. С начало отогнем крайние пластины радиатора охлаждения и сделаем 4 отверстия для крепления.
Генератор костра Пельтье, погашен 14 Вт (вид)
Это оборудование для управления и мониторинга, которое [Джек] построил для своего кострового электрогенератора. Он проделал потрясающую работу, чтобы зайти так далеко. Вы можете видеть, что он вытаскивает из системы 1 А при 14,2 Вольт. Но есть одна проблема, которая его до сих пор беспокоит.
В установке используется большая металлическая пластина в качестве радиатора над костром (который имитируется варочной плитой для тестирования). На обратной стороне этой пластины находится ряд охладителей Пельтье, которые вырабатывают электричество на основе разницы температур от одной стороны к другой — это та же теория, что и свечные генераторы.На холодной стороне установлен радиатор, через который протекает вода. Выше вы видите три реле, которые переключаются между последовательным или параллельным использованием Пельтье в зависимости от их выходного напряжения. Вы действительно не можете добраться туда, но справа есть радиатор и рециркуляционный насос, которые используются для охлаждения воды. Мы упомянули о том, что радиатор не справляется с жарой огня. Чтобы получить результаты, показанные выше, [Джек] пропускает холодную воду из-под крана через радиатор.Но, возможно, если бы это использовалось зимой, вода могла бы циркулировать через большой ящик, полный снега. Просто продолжайте закапывать его, чтобы поддерживать электрический потенциал!
После перерыва мы встроили четвертую часть видео проекта, так как она хорошо демонстрирует набор кулеров Пельтье. Вы также увидите пятую часть (тестирование радиатора и рециркуляционного насоса), из которой было взято это изображение.
Часть четвертая — Испытание электроплит
Часть пятая — испытание радиатора и рециркуляционного насоса
Power Generation — термоэлектрический
Выходная мощность (P o ) модуля в ваттах составляет:
P o = R L x
Возможно, но маловероятно, что в рамках данного применения генератора будут существовать точные условия, при которых один модуль будет обеспечивать точную желаемую выходную мощность.В результате большинство термоэлектрических генераторов содержат ряд отдельных модулей, которые могут быть электрически соединены последовательно, параллельно или последовательно / параллельно. Типичная конфигурация генератора показана на рисунке (13.2). Этот генератор имеет общее количество модулей NT с количеством модулей, подключенных последовательно, и количеством модулей, подключенных параллельно. Общее количество модулей в системе:
NT = NS x NP
Рисунок (13-2)
с последовательно-параллельным расположением модулей
Ток (I), проходящий через сопротивление нагрузки R L , составляет:
| NS x S M x DT | |
| Я = | __________________ |
| NS x R M | |
| _____________ + R L | |
| НП |
Выходное напряжение (В O ) от генератора в вольтах составляет:
Выходная мощность (P O ) генератора в ваттах составляет:
NT x (S M x DT) 2
_________________
4 x R MP O = V O x I =
Общая тепловая нагрузка (Qh) на генератор в ваттах составляет:
КПД (E g ) генератора:
P O
E г = ——— x 100%
Qh
Максимальный КПД достигается, когда внутреннее сопротивление генератора (R GEN ) равно сопротивлению нагрузки (R L ).Сопротивление генератора:
NS x R M
R GEN = —————
NP
13.3 ПРИМЕР ПРОЕКТИРОВАНИЯ: Чтобы проиллюстрировать типичный процесс проектирования, давайте проанализируем потребность в термоэлектрическом генераторе на 12 В, 1,5 А. Генератор необходим для питания телеметрической электроники на удаленном нефтепроводе, где горячая, непрерывно текущая нефть создает температуру кожуха трубы 130 ° C.Проточная вода (имеющая температуру 10 ° C) также доступна на удаленном участке, и было определено, что эффективный радиатор с водяным охлаждением может поддерживать температуру +30 ° C на холодной стороне генератора TE. используйте уравнения из раздела 11, чтобы получить значения SM, RM и KM для наших расчетов.
Чтобы начать процесс проектирования, мы рассмотрим параметры системы и сделаем некоторые предварительные расчеты.
Дано:
T ч = + 130 ° C = 403.2 ° K
T c = + 30 ° C = 303,2 ° K
V o = 12 вольт
I = 1,5 ампера
Для этого:
T ср = (T h + T c ) / 2 = (403,2 + 303,2) / 2 = 353,2 ° K
R L = V o / I = 12 / 1,5 = 8,0 Ом
P o = V o x I = 12 x 1,5 = 18 Вт
DT = T h -T c = 403.2 — 303,2 = 100 ° К
Обычно желательно выбрать термоэлектрический модуль с относительно «высокой мощностью» для генераторов, чтобы минимизировать общую стоимость системы. По этой причине мы выберем модуль на 127 пар, 6 ампер, который будет использоваться в нашем дизайне.
При расчете SM, RM и KM для нашего выбранного модуля на 127 пар, 6 ампер, следующие значения получаются при Tav = 353,2 ° K:
S M = 0,05544 В / ° K
R M = 3.0994 Ом
K M = 0,6632 Вт / ° K
Требуемая мощность нагрузки была рассчитана как 18 Вт. Теперь необходимо определить минимальное количество модулей, необходимых для удовлетворения этого требования к нагрузке. Максимальная выходная мощность от одного модуля:
(S M x DT) 2 | (0.05544 x 100) 2 | ||
| P макс = | ____________ = | ______________ | = 2,479 Вт |
4 x R M | 4 х 3.0994 |
Минимальное количество необходимых модулей:
P o | 18 | ||
| NT мин = | 7.3 »8 |
Поскольку максимальная эффективность генератора достигается, когда R GEN = R L , для большинства приложений желательно выбрать конфигурацию последовательного / параллельного модуля, которая наилучшим образом приблизит этот баланс сопротивлений. Одним из возможных исключений для выравнивания R GEN с R L является ситуация, когда требуется относительно низкий ток (в миллиамперном диапазоне) и умеренное напряжение. В этом случае соединение всех модулей электрически последовательно может дать наилучшие результаты.Однако имейте в виду, что максимальное выходное напряжение от генератора будет получено от группы модулей с прямым последовательным соединением только тогда, когда сопротивление нагрузки значительно превышает внутреннее сопротивление генератора.
В качестве отправной точки при оценке любого термоэлектрического генератора часто бывает полезно сначала изучить конфигурацию с прямым последовательным соединением. Сопротивление последовательной цепочки из восьми модулей составляет:
.| R GEN = | NS x R M ————— = NP | 8 х 3.0994 ————— 1 | = 24,8 Ом |
Видно, что сопротивление генератора 24,8 Ом значительно выше, чем сопротивление нагрузки 8,0 Ом, что указывает на то, что прямое последовательное соединение модулей, вероятно, не лучший вариант. Для условий всех серий, где NS = 8 и NP = 1, выходное напряжение составляет:
В группе из восьми модулей следующая наиболее логичная конфигурация соединения — это две параллельные цепочки по четыре модуля, т.е.е., NS = 4 и NP = 2. Сопротивление генератора для этой конфигурации, таким образом, составляет:
| R GEN = | NS x R M ———— = NP | 4 x 3,0994 ———— 2 | = 6,2 Ом |
В то время как значение R GEN на 6,2 Ом не совсем соответствует 8.Сопротивление нагрузки 0 Ом, это значение обычно считается находящимся в удовлетворительном диапазоне. В любом случае, это наиболее близкое соответствие сопротивления, которое может быть получено с выбранным типом модуля. Напряжение для этой схемы (12,49 В) рассчитывается следующим образом:
Теперь мы можем видеть, что Vo довольно близко к желаемому значению, и очевидно, что мы получили оптимальную последовательную / параллельную конфигурацию. Если требуется «точная настройка» Vo, это необходимо будет выполнить либо с помощью некоторой формы электронного регулирования напряжения, либо путем внешнего изменения применяемого перепада температур (DT).В некоторых случаях будет обнаружено, что выходное напряжение значительно выходит за пределы допустимого диапазона, несмотря на попытку всех возможных последовательностей / параллельных комбинаций. В этом случае может потребоваться использовать альтернативный термоэлектрический модуль, имеющий другой номинальный ток и / или количество пар.
Теперь можно завершить анализ конструкции, определив уровни мощности и КПД. Поскольку мы установили Vo, выходную мощность (Po) можно просто вычислить:
(V o ) 2 (12.49) 2
P o = ——— = ——— = 19,5 Вт
RL 8,0
Общая тепловая нагрузка (Qh) на генератор составляет:
КПД генератора (Eg) составляет:
| E г = | P o —— Q h | х 100% = | 19.5 ——— 657,5 | x 100% = 2,97% |
Тепло, передаваемое радиатору холодной стороны (Qc), составляет:
Q c = Q h — P o = 657,7 — 19,5 = 638,2 Вт
Максимально допустимое тепловое сопротивление (Qs) радиатора холодной стороны составляет:
| (Qs) = | T подъем ————— = Q c | 30–10 ° C —————— = 638.2 | 0,031 ° C / Вт |
Для любой конструкции термоэлектрического генератора всегда желательно максимизировать применяемый перепад температур, чтобы минимизировать общее количество модулей в системе. Эта ситуация хорошо видна на рисунке (13.3). Требования к модулям для типичного 12-вольтового генератора мощностью 1 ампер показаны при нескольких фиксированных значениях Th, основанных на использовании 127-парных 6-амперных модулей TE.Из этого графика видно, что требуется очень большое количество модулей, когда температура холодной стороны (Tc) высока и, следовательно, перепад температур невелик. Производительность радиатора с холодной стороны имеет первостепенное значение, и его тепловое сопротивление должно быть чрезвычайно низким. Во многих случаях конструкция теплоотвода с холодной стороны оказывается самой сложной инженерной проблемой.
Рисунок (13-3)
Общее количество 127 пар модулей по 6 ампер, необходимых для 12-вольтового термоэлектрического генератора мощностью 1 ампер
13.4 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ В КАЛОРИМЕТРЕ : Менее, но жизнеспособным применением термоэлектрических модулей, работающих в режиме выработки электроэнергии, является создание калориметров. В обычном калориметре для измерения тепла используются обычные термопары, основанные исключительно на эффекте Зеебека. За счет использования термоэлектрического охлаждающего модуля с несколькими парами можно изготовить калориметр, имеющий чувствительность (выходное напряжение на единицу плотности теплового потока) в 10–200 раз большую чувствительность стандартной термопары медь-константин.При использовании в калориметре термоэлектрический модуль часто называют термобатареей. Выходное напряжение холостого хода (В) одной термоэлектрической пары, как описано в параграфе 13.2 и показано на рисунке (13.1), составляет:
В = S x DT
Где :
В = выходное напряжение пары в вольтах
S = средний коэффициент Зеебека в вольтах / ° K
DT = разница температур в паре в ° K, где DT = Th-Tc
Для реального модуля TE, имеющего несколько пар и коэффициент Зеебека SM, выходное напряжение (Vo) составляет:
В o = S M x DT
Тепловой поток через ТЭ или «термобатарею» составляет:
K M x V o | |
| Q = K M x DT = |
Где :
Q = тепловой поток в ваттах
KM = теплопроводность модуля в ваттах / ° K
Суммарная площадь поперечного сечения (AM) всех элементов в модуле составляет:
A M = A x N
Где :
AM = общая площадь всех элементов модуля в см 2
A = площадь поперечного сечения одного элемента в см 2
N = общее количество элементов в модуле
Плотность теплового потока (q) в Вт / см 2 составляет:
| q = | K M x DT ————— = A M | K M x V o ————— S M x A M |
Большинство стандартных термоэлектрических охлаждающих модулей могут использоваться в калориметрах, но улучшенная чувствительность может быть реализована путем изменения отношения длины к площади (L / A) элементов ТЕ.Относительно большое отношение L / A, приводящее к высокому и «тощему» элементу, обеспечивает наилучшую чувствительность калориметра. Чтобы проиллюстрировать эту ситуацию, рассмотрим следующее:
Чувствительность модуля как калориметра (Sc) составляет:
| S c = | V o ————— q | S M x A M = ————— K M |
Было замечено, что чувствительность (Sc) прямо пропорциональна коэффициенту Зеебека (SM) и общей площади поперечного сечения (AM) и обратно пропорциональна теплопроводности (KM).Переписав приведенное выше уравнение относительно теплопроводности (k) вместо теплопроводности (KM), мы получим:
| S c = | S M x A M ————— k x N x A / L |
Поскольку N x A = AM, выражение можно переформулировать как:
| S c = | S M x L ————— k |
Из этого уравнения очевидно, что чувствительность калориметра напрямую связана с длиной (L) элемента, и поэтому желательно выбирать термоэлектрический модуль с максимально возможным соотношением сторон элемента.Имейте в виду, что существуют практические ограничения на геометрию элемента из-за хрупкости кристаллического материала теллурида висмута. Однако, работая в этих пределах, можно изготавливать специальные модули, которые особенно подходят для использования в калориметрах.
(PDF) Обзор выработки электроэнергии с использованием модуля Пельтье
Аналогично, их приложения также различаются по принципу работы
. ТЭГ в основном состоят из теллурида висмута
или теллурида свинца.Но оба отличаются по свойствам
вроде теплостойкости и эффективности. Bi2Te3 TEG
является высокоэффективным, но не выдерживает таких высоких температур, как
PbTe. Итак, изменение стоимости происходит из-за этих свойств
[21]. Gou X, Xiao H сосредоточился на моделировании
TEG. Интегрированные в большом количестве ТЭГ обеспечивают максимальную выходную мощность и напряжение
. Он легко вырабатывает достаточную мощность при достаточно высоком напряжении
, достаточном для питания различных датчиков малой мощности
, даже при получении энергии от разницы температур
до 5 ° C.Итак, с увеличением количества модулей
увеличивается и стоимость системы. Кроме того,
μTEG более эффективны для приложений, использующих для сбора
электрической энергии при высокой разнице температур из-за
из-за соображений их размера и материала композиции.
Различные комбинации последовательного и параллельного подключения
предназначены для достижения достаточной мощности [22–23].
Sarinee et al.Выявлено, что напряжение увеличивается 2
в 4 раза, когда модули соединены последовательно, а
на ток не сильно влияет [3].
ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ
Следующие технологические преимущества
могут быть использованы при проектировании генератора энергии на основе ТЭГ.
Твердотельная конструкция (без движущихся частей)
Диффузионные барьеры (стандарт для всех устройств MI)
обеспечивают превосходную долгосрочную термическую стабильность
и высокую надежность.
Точный контроль температуры.
Работа без вибрации.
Не содержит хлор-фторуглеродов, для применений
, где использование газов запрещено.
Отсутствие акустических или электрических шумов.
Выполняется в любой физической или гравитационной ориентации
, включая перевернутый или
боком.
Работает в условиях невесомости.
Выдерживает высокие перегрузки в космосе и
военных приложений.
Масштабируемость размеров и производительности.
VII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Термоэлектрические устройства имеют преимущество перед традиционными источниками
, несмотря на их низкую эффективность.
Более того, их универсальность в применении охлаждения и выработки электроэнергии
также делает их более чем
устройств с электрическим приводом. Поскольку напряжение, получаемое от термоэлектрического генератора
, очень мало, определенные комбинации модулей
, включенных последовательно и параллельно, делают выработку электроэнергии
сравнительно эффективной.Исходя из соображений стоимости
, термоэлектрики дороже, чем другие методы выработки энергии
, но всегда можно найти компромисс между стоимостью
и традиционными энергетическими ресурсами. Наш прототип генерирует 3,05 вольт и 2,68
вольт из промышленных отходов тепла и
автомобилей соответственно.
ССЫЛКИ
[1] Суреш Балпанде, Раджеш С. Панде, Раджендра М.Патрикар, Дизайн
и низкозатратное производство сборщика энергии зеленой вибрации,
Elsevier, Датчики и приводы, A: Physical, Volume 251, 1
ноябрь 2016 г., страницы 134-141, ISSN 0924-4247,
http: //dx.doi.org/10.1016/j.sna.2016.10.012
[2] Сураш Балпанде, Маниш Бхайя, доктор, Раджеш С. Панде, Low
Стоимость изготовления пьезоэлектрического генератора на основе полимерной подложки
С PPE, IDE и ME, принятая рукопись, IET
Electronics Letter, ISSN 1350-911XPrint ISSN 0013-5194 DOI:
10.1049 / el.2016.4099
[3] Сарини Уитракул, Предварительный эксперимент для электроэнергии
Генерация с использованием модулей Пельтье, 78-1-4799-2993-1 / 14 / 31,00 долл. США
© 2014 IEEE
[4] Интернет-источник: www.reuk.co.uk/wordpress/thermoelectric/what-is-
a-peltier-cooler /
[5] П.М.Соланки, доктор Д.С. Дешмук, доктор В.Р. рассматривается для термоэлектрического
Проектирование систем выработки электроэнергии, Международная конференция по
Глобальные тенденции в инженерии, технологиях и менеджменте
(ICGTETM-2016), ISSN: 2231-5381
[6] Аллвин Хосе, Алан Д’суза, Сарвеш Дандекар, Джитеш
Карамчандани, Паван Кулкарни, Кондиционер с использованием модуля Пельтье
, Международная конференция по технологиям для устойчивого развития
2015 г. (ICTSD-2015), 978-1-4799-8187-
8/15 / $ 31 .00 © 2015 IEEE
[7] Такафуми Хатано, Мингконг Денг и Шин Вакитани, A
Система охлаждения и удержания тепла, управляемая устройством Пельтье
С учетом управления двигателем вентилятора, 2014 IEEE International
Конференция по науке об автоматизации и Engineering (CASE)
Тайбэй, Тайвань, 18-22 августа 2014 г., 978-1-4799-5283-
0/14 / $ 31,00 © 2014 IEEE
[8] Д-р Стивен О’Халлоран, г-н Мэтью Родригес, Пауэр и
Измерение эффективности термоэлектрического генератора, АС
2012-3976
[9] Сигенао Маруяма, Ацуки Комия, Хироки Такеда и Сетсуя
Айба, Разработка охлаждающего устройства с точным контролем температуры для
Медицинское применение с использованием эффекта Пельтье-2008
Международная конференция по биомедицинской инженерии и
Информатика — Институт гидродинамики, Университет Тохоку — 2008
Международная конференция по биомедицинской инженерии и
информатике, 978-0-7695-3118-2 / 08 $ 25.00 © 2008 IEEE / DOI
10.1109 / BMEI.2008.239[10] Мохак Гупта, Обзор блока рекуперации тепла с термоэлектрическими генераторами
, Международный журнал инженерии
и инновационных технологий (IJEIT), том 4, выпуск 4, Октябрь
2014, ISSN: 2277-3754
[11] Оскар Анхелес Фрагосо, Фернандо Адан Серрано Ороско, Хесус
Одело Гонсалес и Георгий Логвинов, Линейная теория
Thermoelectric Cooling 9-0002, основанная на 2-м термоэлектрическом эффекте
. Международная конференция по электротехнике и электронике
Engineering (ICEEE) и XI конференция по электротехнике
Engineering (CIE 2005) — — Номер в каталоге IEEE: 05EX1097
ISBN: 0-7803-9230-2 / 05 / $ 20.00 © 2005 IEEE.
[12] Рашит Ахыска, Хаяти Мамур, Обзор: Термоэлектрические генераторы
в возобновляемых источниках энергии, Международный журнал
Исследования в области возобновляемых источников энергии, Том 4, № 1, 2014 г.
[13] Фанкай Мэн, Линген Чен , Фенжуй Сан, Влияние температурной зависимости термоэлектрических свойств
на мощность
и КПД многоэлементного термоэлектрического генератора
, Международный журнал энергетики и
Окружающая среда, Том 3, Выпуск 1, 2012 стр.137-150.
[14] DCTalele, доктор DS Deshmukh, PM Solanki опубликовали статью
на тему «Конструктивные соображения для термоэлектрического генератора
Performance Improvement: A Critical Review», PRATIBHA:
International Journal of Science, Spirituality, Business and
Технология (IJSSBT), Vol. 3, No. 2, июнь 2015 ISSN (Print)
2277-7261.
[15] Сакет Кумар, Ашутош Гупта, Гаурав Ядав, Хемендер Пал
Сингх, Модуль Пельтье для охлаждения и отопления с использованием встроенной системы
, Международная конференция 2015 года по последним достижениям в области управления, автоматизации и энергетики
( RDCAPE), 78-1-4799-7247-0 / 15/31 $.00 © 2015 IEEE
Международный журнал инженерных исследований и технологий (IJERT)
ISSN: 2278-0181 http://www.ijert.org
IJERTV6IS010308
Vol. 6 Выпуск 01, январь-2017
(Эта работа находится под международной лицензией Creative Commons Attribution 4.0.)
Издатель:
www.ijert.org 456
The Amazing Seebeck Generator | Марка:
Фотография Стива Дабл.Ячейки Пельтье — это плоские устройства, которые отводят тепло от одной стороны к другой посредством термоэлектрического принципа, называемого эффектом Пельтье.Ячейки обычно используются для отвода тепла от процессоров или видеокарт, а также используются в охладителях и обогревателях для кемпинга. Удивительный генератор Зеебека использует одно из этих устройств в обратном направлении, чтобы преобразовать дифференциал тепла в электричество, а не использовать электричество для создания разницы тепла.
Первоначально я сделал этот проект, потому что мне нужно было что-то вроде парогенератора, но без шума и проблем с обслуживанием, связанных с паром. Я был приятно удивлен, когда обнаружил, что мой элемент Пельтье за 5 долларов 37 Вт от eBay может улавливать тепло от одной чайной свечи или спиртовой горелки и использовать его для выработки около 5 В при 1 А, что делает его идеальным для питания радиоприемников. мобильные телефоны и светодиодные фонари.Вы можете сделать удивительный генератор Зеебека менее чем за час, используя в основном лом или переработанные детали, и он имеет отчетливое ощущение стимпанка.
В кулере
Эффекты Пельтье и Зеебека обмениваются разницей температур и электричеством. В термоэлектрическом охладителе, также известном как устройство Пельтье, чередующиеся слои разных полупроводниковых материалов соединяются зигзагообразно между двумя пластинами. Нагрев одной пластины отталкивает электроны в одном материале, притягивая их в другом.Это индуцирует электрический ток в одном направлении — эффект Зеебека. И наоборот, при подаче напряжения на переход отводится тепло к одной стороне, а другая охлаждается — эффект Пельтье.
Несколько стыков зигзага работают параллельно, что увеличивает эффект. Независимо от того, используется ли устройство для преобразования разности температур в напряжение или наоборот, оно выполняет преобразование без движущихся частей.
К сожалению, термоэлектрические устройства обычно имеют КПД всего 1-2%, или 5% с учетом последних достижений.Этого недостаточно, чтобы сделать крупномасштабное производство термоэлектрической энергии (ТЭГ) практичным, хотя многие исследователи пытаются повысить эффективность. Но термоэлектрические генераторы полезны и для других целей; они могут измерять экстремальные перепады температур и используются в системах отопления для питания конвекционных вентиляторов и насосов с использованием отработанного тепла, регенерированного из печных труб и котлов.
Принцип, лежащий в основе нашего удивительного генератора Зеебека, прост. Мы размещаем нашу ячейку Пельтье горизонтально над «печью» из жестяной банки, нагреваем нижнюю сторону свечой или спиртовой горелкой и охлаждаем верхнюю часть с помощью радиатора и вентилятора.
1. Сделайте печь для банок
1а. С помощью небольшого ножа или дремеля с режущей головкой сделайте 3 или 4 U-образных разреза на равном расстоянии вокруг пустой жестяной банки рядом с открытым концом (дном печи). Загните полученные металлические язычки на 90 ° в банку, чтобы получились скобки. Они будут удерживать крышку банки позже, чтобы создать ровную площадку для свечи.
ВНИМАНИЕ: Надевайте перчатки для защиты рук при резке металла.
1б.Вырежьте еще одно отверстие большего размера в банке между двумя скобами напротив шва банки, которое идет дальше к верху. Отверстие должно быть достаточно большим, чтобы сквозь него могли проходить свечи и пальцы. С помощью плоскогубцев загните края этих надрезов в банку так, чтобы не было видно острых краев.
1с. Вырежьте еще 2 прямоугольных отверстия с каждой стороны банки рядом с закрытым концом (верхом), чтобы свет светил и поступал воздух. Просверлите отверстие над каждым из них, ближе к закрытому концу, этого достаточно. чтобы болты прошли сквозь них.
2. Добавьте дымоход (необязательно)
Дымоход не является функционально необходимым, но он добавляет ощущение стимпанка и уравновешивает дизайн.
Если вы также хотите покрасить стороны банки, вы можете использовать высокотемпературную краску, но я предпочитаю естественный блеск металла.
2а. Просверлите или прорежьте еще одно отверстие в банке рядом с закрытым концом и сквозь шов, который является самой прочной частью банки. Отверстие должно быть того же размера, что и медное колено, и должно быть достаточно плотным, чтобы удерживать дымоход на месте.
2б. Проденьте колено через отверстие. Если он не плотно прилегает, используйте высокотемпературный силиконовый клей или замазку для ремонта выхлопных газов, чтобы закрепить его. Затем наденьте трубу дымохода на колено.
3. Сделайте прокладку
Вы можете просто разместить ячейку Пельтье между банкой и радиатором, но установка ее внутри прокладки ограничивает теплообмен вокруг нее, что повышает эффективность.
3а. Вырежьте из материала печатной платы круг такого же диаметра, как и консервная банка.Вы можете использовать кольцевую пилу или круговой нож, если он у вас есть. В противном случае используйте канцелярский нож, чтобы вырезать шестиугольную форму, затем подпилите ее по размеру. Печатная плата хрупкая, поэтому нанесите глубокие надрезы с обеих сторон и отщелкните излишки плоскогубцами.
3б. Вырежьте в прокладке отверстие для ячейки Пельтье. Обведите ячейку маркером, оставив дополнительное пространство для выходящих из ячейки контактов кабеля. Затем обрежьте контур канцелярским ножом.
4.Собери все вместе
4а. Прикрутите пружины к верхней части банки, пропустив каждый болт через конец пружины, гайку, банку и другую гайку внутри банки в указанном порядке. Закрепить болт на глубину дополнительной гайкой проще, чем иметь одну гайку внутри банки. Затем прикрепите радиатор к вентилятору 5 В. Я использовал тонкую медную проволоку, но вы также можете использовать клей или шурупы.
4б. Поместите прокладку в верхнюю часть банки и поместите ячейку Пельтье в зазор.Для повышения эффективности нанесите тонкий слой смазки для теплопередачи (также называемой компаундом для теплоотвода) с обеих сторон ячейки.
4с. Закрепите радиатор на верхней части ячейки Пельтье, зацепив верхние части пружин за натяжную планку радиатора. Если его нет, просверлите отверстия с каждой стороны, чтобы продеть пружины.
Установите крышку на держатели внутри. Если банка маленькая, закрепите ее на прочном основании с помощью силиконового клея. Затем сделайте подсвечник, который поместится внутри банки.Я использовал банку с анчоусами с жесткой проволокой в качестве ручки.
4д. Скрутите или спаяйте вместе красный (+) и черный (-) провода от вентилятора и элемента Пельтье, красный с красным и черный с черным, а также подсоедините к каждому провод из крокодиловой кожи для подключения генератора к другим устройствам.
Украшайте как хотите (я добавил причудливую дверь от модели паровой машины к подсвечнику), и готово!
Огневая мощь
One Candlepower
Поставьте свечу в печь из жестяных банок и подождите, пока нагреется.Если свеча продолжает гаснуть, добавьте в печь еще дырок.
Если вы все сделали правильно, вентилятор начнет вращаться. Если у вас есть измеритель напряжения, вы должны начать видеть показания вскоре после того, как зажжется свеча. Если вентилятор не вращается, убедитесь, что провода вентилятора не подключены в обратном направлении.
Регулировка напряжения
Выходной сигнал элемента Пельтье не регулируется, и его напряжение будет изменяться вместе с пламенем и уровнем топлива. Нерегулируемое питание могло убить некоторое электронное оборудование (хотя я подключил свой MP3-плеер и радио к нерегулируемому току без каких-либо побочных эффектов).
Вы можете исправить это с помощью регулятора напряжения LM317. Эти дешевые и легкодоступные компоненты могут быть сконфигурированы для создания постоянного напряжения от 1,2 В до 25 В. Вы можете подключить элемент Пельтье, генерирующий примерно 5 В, к LM317, чтобы получить регулируемое выходное напряжение примерно до 3,8 В, которое настраивается поворотом потенциометра. Выходное напряжение 3,8 В позволяет включать мощный светодиод, заряжать КПК или мобильный телефон, а также включать радио или MP3-плеер.
Для питания устройств с более высоким напряжением вам потребуется создать повышающий стабилизатор, который объединяет схему генератора с умножителем напряжения для повышения напряжения при понижении тока.
ВНИМАНИЕ: Повышающие цепи умеренно сложны, и вам не следует пытаться их построить, если вы не знакомы с электроникой, потому что они могут вызвать неприятный (и потенциально смертельный) ток.
Повышение выходной мощности
Для большей мощности используйте спиртовую горелку вместо свечи и увеличьте пламя. Используйте банку меньшего размера, радиатор большего размера и много смазки для радиатора.
Вы также можете увеличить производительность, соединив вместе несколько ячеек Пельтье.Соедините их параллельно, чтобы увеличить ток, и соедините их последовательно, чтобы увеличить напряжение. Используйте диоды LN4001 или LN4002, чтобы предотвратить проникновение тока в ячейки. В случае параллельных ячеек подключите диод к положительному выводу каждой ячейки так, чтобы его серебряная полоса была обращена в сторону от ячейки. Подключив ячейки последовательно, подключите диод от красного провода каждой ячейки к черному проводу следующей ячейки, чтобы серебряная полоса была обращена к черному.
Термоэлектрический генератор энергии | Британника
Термоэлектрический генератор энергии , любой из класса твердотельных устройств, которые либо преобразуют тепло непосредственно в электричество, либо преобразуют электрическую энергию в тепловую энергию для нагрева или охлаждения.Такие устройства основаны на термоэлектрических эффектах, включающих взаимодействие между потоками тепла и электричества через твердые тела.
Все термоэлектрические генераторы имеют одинаковую базовую конфигурацию, как показано на рисунке. Источник тепла обеспечивает высокую температуру, и тепло течет через термоэлектрический преобразователь к радиатору, температура которого поддерживается ниже температуры источника. Разница температур на преобразователе создает постоянный ток (DC) к нагрузке ( R L ), имеющей напряжение на клеммах ( В ) и ток на клеммах ( I ).Промежуточного процесса преобразования энергии нет. По этой причине производство термоэлектрической энергии классифицируется как прямое преобразование энергии. Количество произведенной электроэнергии определяется по формуле I 2 R L или V I .
Детали термоэлектрического генератора.
Encyclopædia Britannica, Inc.Уникальным аспектом термоэлектрического преобразования энергии является то, что направление потока энергии является обратимым.Так, например, если нагрузочный резистор удален и заменен источник питания постоянного тока, термоэлектрическое устройство, показанное на рисунке, можно использовать для отвода тепла от элемента «источника тепла» и понижения его температуры. В этой конфигурации вызывается обратный процесс преобразования энергии термоэлектрических устройств, в котором электроэнергия используется для перекачки тепла и производства холода.
Эта обратимость отличает термоэлектрические преобразователи энергии от многих других систем преобразования, таких как термоэлектронные преобразователи энергии.Входная электрическая мощность может быть напрямую преобразована в перекачиваемую тепловую энергию для обогрева или охлаждения, или входная тепловая мощность может быть преобразована непосредственно в электрическую энергию для освещения, эксплуатации электрического оборудования и других работ. Любое термоэлектрическое устройство может применяться в любом режиме работы, хотя конструкция конкретного устройства обычно оптимизируется для его конкретного назначения.
Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишись сейчасСистематические исследования термоэлектричества начались примерно между 1885 и 1910 годами.К 1910 году немецкий ученый Эдмунд Альтенкирх удовлетворительно рассчитал потенциальную эффективность термоэлектрических генераторов и определил параметры материалов, необходимых для создания практических устройств. К сожалению, металлические проводники были единственными доступными материалами в то время, что делало невозможным создание термоэлектрических генераторов с КПД более 0,5 процента. К 1940 году был разработан полупроводниковый генератор с коэффициентом преобразования 4%.После 1950 года, несмотря на активизацию исследований и разработок, повышение эффективности выработки термоэлектрической энергии было относительно небольшим: к концу 80-х годов прошлого века КПД не превышал 10 процентов. Потребуются более качественные термоэлектрические материалы, чтобы выйти за рамки этого уровня производительности. Тем не менее, некоторые маломощные разновидности термоэлектрических генераторов зарекомендовали себя как имеющие большое практическое значение. Источники, работающие на радиоактивных изотопах, являются наиболее универсальными, надежными и обычно используемыми источниками энергии для изолированных или удаленных объектов, например для записи и передачи данных из космоса.
Основные типы термоэлектрических генераторов
Термоэлектрические генераторы энергии различаются по геометрии в зависимости от типа источника тепла и радиатора, требований к мощности и предполагаемого использования. Во время Второй мировой войны некоторые термоэлектрические генераторы использовались для питания портативных передатчиков связи. В период с 1955 по 1965 год в полупроводниковых материалах и электрических контактах были внесены существенные улучшения, которые расширили практический диапазон применения. На практике для многих устройств требуется стабилизатор мощности для преобразования выходного сигнала генератора в пригодное для использования напряжение.
Генераторы были построены для использования природного газа, пропана, бутана, керосина, реактивного топлива и древесины, и это лишь некоторые из источников тепла. Коммерческие блоки обычно имеют диапазон выходной мощности от 10 до 100 Вт. Они предназначены для использования в удаленных районах в таких приложениях, как навигационные средства, системы сбора данных и связи, а также катодная защита, которая предотвращает коррозию металлических трубопроводов и морских сооружений электролизом.
Солнечные термоэлектрические генераторы с некоторым успехом использовались для питания небольших ирригационных насосов в отдаленных и слаборазвитых регионах мира.Описана экспериментальная система, в которой теплая поверхностная вода океана используется в качестве источника тепла, а более холодная вода глубинного океана — в качестве поглотителя тепла. Солнечные термоэлектрические генераторы были разработаны для снабжения электроэнергией орбитальных космических аппаратов, хотя они не смогли конкурировать с кремниевыми солнечными элементами, которые имеют более высокий КПД и меньший удельный вес. Однако были рассмотрены системы с тепловым насосом и генерацией энергии для теплового контроля орбитальных космических аппаратов.Используя солнечное тепло со стороны космического корабля, ориентированной на Солнце, термоэлектрические устройства могут генерировать электроэнергию для использования другими термоэлектрическими устройствами в темных областях космического корабля и для отвода тепла от корабля.
Генераторы на атомном топливе
Продукты распада радиоактивных изотопов могут быть использованы в качестве источника высокотемпературного тепла для термоэлектрических генераторов. Поскольку материалы термоэлектрических устройств относительно невосприимчивы к ядерному излучению и поскольку источник может работать в течение длительного периода времени, такие генераторы являются полезным источником энергии для многих необслуживаемых и удаленных приложений.Например, радиоизотопные термоэлектрические генераторы обеспечивают электроэнергией изолированные станции мониторинга погоды, для сбора глубоководных данных в океане, для различных систем предупреждения и связи, а также для космических аппаратов. Кроме того, еще в 1970 году был разработан маломощный радиоизотопный термоэлектрический генератор, который использовался для питания кардиостимуляторов. Диапазон мощности радиоизотопных термоэлектрических генераторов обычно составляет от 10 −6 до 100 Вт.
Постройте термоэлектрический генератор, подобный тем, которые используются в космических миссиях
Как вы можете видеть по вольтметру, я получаю 1.2 милливольт. Это немного, но кое-что. (Если вам интересно, масса на горячей пластине прижимает соединение медь-сталь вниз для обеспечения хорошего контакта.)
То, что вы видите, — это эффект Зеебека (названный в честь Томаса Зеебека). Два разных металла вместе при двух разных температурах могут создавать электрический ток. Эффект более выражен при большей разнице температур, и некоторые комбинации металлов работают лучше, чем другие, но вот он, ваш термоэлектрический генератор.
На самом деле, вы можете сделать генератор лучше, используя полупроводник вместо двух разных металлов, но двухметаллический вариант построить намного проще. Вот демонстрация полупроводника. Устройство зажато между двумя алюминиевыми ножками, одна ножка находится в горячей воде, а другая — в холодной. Выход из устройства идет в небольшой электродвигатель сверху.
Итак, как это работает? Почему из-за разницы температур (для разных металлов) возникает электрический ток? Я не буду вдаваться в подробный рассказ о , так как это займет слишком много времени.Но вот мой суперкороткий ответ: у электрического проводника есть свободные заряды, которые могут двигаться (в некоторой степени). Когда вы прикладываете электрическое поле, эти заряды перемещаются и создают электрический ток. Обычно мы думаем об этих зарядах как об электронах, но это может быть что-то еще. Если вы возьмете металл и сделаете один конец горячим, а другой — холодным, электроны на горячей стороне будут иметь больше энергии и двигаться дальше. Эти более горячие электроны распространяются, и на холодном конце электроны имеют меньше энергии. Степень разделения заряда зависит от конкретного металла.
Теперь возьмем другой металл с двумя концами при разных температурах. Но поскольку этот металл отличается от первого, у него будет другое разделение заряда на горячем и холодном концах. Когда эти разные металлы соединяются вместе, они образуют батарею — не очень хорошую батарею, но все же это как батарея. И бум — вот и твой термоэлектрический генератор.
Если вы думаете о создании термоэлектрического генератора для питания вашего дома, у меня плохие новости.Эти вещи очень неэффективны. Чтобы извлечь из них что-то полезное, нужны довольно большие перепады температур. Однако есть и хорошие новости. Эти термоэлектрические генераторы не имеют движущихся частей. Отсутствие движущихся частей означает, что они маленькие и довольно надежные. И поэтому они используются в некоторых космических кораблях (например, «Вояджер», «Кассини» и др.). Чтобы изменить температуру, космический корабль будет использовать радиоактивный источник, который остается очень горячим — вот и все. Так работает ваш радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ).Это похоже на скрепку и генератор из медной проволоки, только лучше.
Научное руководство по пониманию и использованию мощности TEG!
Науку (эффект Зеебека), лежащую в основе термоэлектрической генерации, часто называют феноменом. Мы думаем, что TEG, безусловно, необыкновенные и впечатляющие! Иногда они могут быть непонятными для понимания и трудными в использовании. Вот почему мы составили это краткое руководство, чтобы объяснить, как ТЭГ преобразуют тепло в энергию, из каких частей и компонентов они сделаны, и как вы можете легко использовать их для практических решений в области альтернативной энергетики.Независимо от того, находитесь ли вы вне сети, живете в отдаленных районах или в холодных условиях, вероятно, для вас найдется приложение, в котором можно использовать ТЭГ для преобразования отработанного тепла в электричество.
Начнем с того, что ТЭГ, сокращенно от термоэлектрического генератора, представляет собой устройство, преобразующее разницу температур в электричество. Я объясню, как именно это происходит (эффект Зеебека) позже. Но сначала давайте рассмотрим общую терминологию TEG. Знание этих терминов и их взаимосвязи поможет облегчить понимание TEG.
Термоэлектрический модуль
В основе ТЭГ находится термоэлектрический модуль (ТЕМ), который мы также называем ТЭГ-модулем (на рисунке справа показан ТЭГ-модуль от TEGpro). И внутри этого модуля TEG происходит волшебство (эффект Зеебека).
Термоэлектрический генератор
Генератор ТЭГ — это устройство, в котором в качестве основных компонентов используется один или несколько модулей ТЭГ, за которыми следует система охлаждения. Система охлаждения может быть пассивной воздушной, активной воздушной или гидравлической.Эти компоненты затем собираются в сборку, которая функционирует как единое целое, называемое термоэлектрическим генератором (здесь изображен ТЭГ-генератор Devil Watt с активным воздушным охлаждением).
Термоэлектрическая система
Делая шаг вперед, система ТЭГ включает другое оборудование в ТЭГ, например водяные насосы, электронику и прошивку. Это помогает расставить приоритеты по питанию и поддерживать охлаждение системы. Хорошим примером системы ТЭГ является система ТЭГ TEGpro мощностью 100 Вт с водяным охлаждением, которая будет циркулировать воду из системы водяного отопления плинтуса через ТЭГ с водяным охлаждением.
Теперь о науке.
Эффект Зеебека
Томас Иоганн Зеебек обнаружил, что разница температур между двумя разными металлами приводит к разнице напряжений. Потратьте несколько секунд, чтобы просмотреть изображение справа, вы увидите два разных электрических проводника, которые называются: P-типа и N-типа. Происходит то, что нагретые электроны текут к более холодным (см. Положительные / отрицательные стрелки, указывающие вниз). И когда эта пара подключается через электрическую цепь, через нее течет постоянный ток.
Эффект Зеебека в сравнении с эффектом Пельтье
Эффект Пельтье — это обратное явление. Вместо того, чтобы применять разность температур, через материалы пропускается электрический ток, в результате чего происходит нагрев или охлаждение. Наша цель состояла в том, чтобы определить их как можно проще и предоставить изображения для их представления, но если вам нужны определения из Википедии, их можно увидеть здесь.
Эффект Зеебека внутри модуля ТЭГ
Напряжения, создаваемые эффектом Зеебека, малы и зависят как от используемого материала, так и от разницы температур.Однако внутри модуля ТЭГ имеется несколько пар P-типа и N-типа, которые можно соединить последовательно для увеличения выходного напряжения или параллельно для увеличения тока. На изображении справа вы можете видеть материалы P-типа и N-типа, последовательно соединенные желтыми линиями.
Как изготавливаются модули термоэлектрических генераторов?
Конструкция силового модуля Teg состоит из пар полупроводниковых материалов p-типа и n-типа с высоким термоэлектрическим коэффициентом.Хотя можно использовать многие сплавы, теллурид висмута является наиболее распространенным материалом, используемым сегодня. Этот материал нарезан на небольшие блоки, один из которых образует провод p-типа, а другой — провод n-типа. Каждая пара образует термоэлектрическую пару (ТЭП). Эти термопары чаще всего соединяются электрически, образуя массив из нескольких термопар (термобатареи). В отличие от припоя, используемого в конструкции ТЭО, для модулей термоэлектрических генераторов часто требуются припои, температура оплавления которых превышает 400 C.
Большинство компаний-производителей модулей термоэлектрических генераторов используют множество термоэлектрических пар, которые зажаты между двумя частями из неэлектропроводных материалов. Также необходимо, чтобы этот материал был теплопроводным, чтобы обеспечить хорошую теплопередачу, обычно используются две тонкие керамические пластины, чтобы сформировать так называемый термоэлектрический модуль.
Каждый модуль может содержать десятки пар термоэлектрических пар и называться модулями термоэлектрического генератора, модулями ТЕС и иногда модулями Пельтье или Зеебека, что просто означает, используются ли они для выработки электроэнергии (Зеебек) или для производства тепла или холода (Пельтье). .Функционально между ними нет никакой разницы. Оба они способны производить тепло и холод или вырабатывать электричество, в зависимости от того, используется ли тепло или электрический ток.
Однако существуют различия в производительности между различными модулями в зависимости от того, для чего они были изготовлены. Например, если модуль изготавливается для использования в автомобильном охладителе постоянного тока на 12 В, термоэлектрические пары будут более толстыми, как и провод, соединяющий модули с источником питания постоянного тока на 12 В.В большинстве случаев сам модуль довольно большой. Это связано с тем, что модуль будет проводить большую нагрузку по току и должен будет выдерживать нагрузку. Хотя этот тип модулей может использоваться для выработки электроэнергии, они не очень подходят для этой задачи, поскольку имеют высокое внутреннее сопротивление (снижение мощности) и более низкотемпературный припой, который может расплавиться при использовании в целях Зеебека. Это означает, что электрическое соединение может выйти из строя, когда к модулю будет приложено большее количество тепла, необходимого для выработки значительного количества электроэнергии.
Если термоэлектрический модуль изготавливается для использования в термоэлектрическом генераторе, он имеет свои собственные уникальные требования. Во-первых, они должны иметь самое низкое внутреннее сопротивление и высокотемпературный припой, например, из серебра, для соединения проводов. Также необходимо использовать проволоку с покрытием из ПТФЭ или стекловолокна, чтобы выдерживать высокие температуры. Силиконовые рукава из стекловолокна можно надевать на провода, чтобы обеспечить дополнительную защиту от высоких температур.
Сколько электроэнергии можно вырабатывать?
Вы можете быть сильно удивлены! Несмотря на то, что дровяная печь не считается источником отработанного тепла, ниже приведен пример того, сколько энергии вы можете произвести.Используется 15-ваттный дьявольский ватт-генератор, построенный на термоэлектрических модулях Tegpro. Выходная мощность этого термоэлектрического генератора составляет до 15 Вт, а светильник представляет собой 10-ваттный светильник EverLed LVL2 для скрытого монтажа. Компания Tegpro разработала термоэлектрические генераторы для дровяных печей, мощность которых превышает 200 Вт при производстве термоэлектрической энергии!
Потребность в энергии термоэлектрического генератора
Электричество — необходимость. Если вам когда-либо приходилось страдать из-за длительного отключения электроэнергии, вы бы знали, каково это — потерять всю еду в холодильнике.Если вы живете в холодном климате, ваш дом был холодным, потому что в нем нет тепла, так как большинству систем отопления требуется электричество для работы. Миллионы людей оказались в таком положении, когда зимний шторм отключил электричество на больших территориях.
Солнечные панели — отличный возобновляемый источник энергии, но они производят энергию только в дневное время. Их суточная выработка значительно снижается в более короткие дни в зимние месяцы. Использование генераторов TEG в холодном климате в сочетании с солнечной батареей может обеспечить все потребности вашего дома в энергии.
Преимущества термоэлектрического генератора
Когда вы сравните стоимость солнечных и термоэлектрических генераторов, живущих в холодном северном климате (на основе количества электроэнергии, которую они фактически производят в день), вы обнаружите, что термоэлектрические генераторы TEG Power стоят намного меньше за кВт · ч. чем солнечный. Фотоэлектрический эквивалент 100 Вт мощности ТЭГ, работающей на дровяной печи, составляет 660 Вт солнечных панелей или 2,4 кВтч в день. Это означает, что при усреднении 125-ваттной термоэлектрической мощности в доме в Вермонте можно производить такое же количество электроэнергии в день, как и 1000-ваттные солнечные фотоэлектрические панели.Если сравнивать затраты, диапазон цен на 1000 ватт солнечной энергии составит до 3000 долларов в зависимости от конкретной марки. Тогда как стоимость 125-ваттной термоэлектрической энергии может составлять всего 1200 долларов. В отличие от солнечных батарей, ТЭГ не зависят от солнца для выработки энергии.