Mnoge nove električare zanima jedno vrlo popularno pitanje - kako električnu energiju učiniti besplatnom i u isto vrijeme autonomnom. Vrlo često, na primjer, prilikom izlaska u prirodu katastrofalno nedostaje utičnica za dopunu telefona ili upaliti lampu. U ovom slučaju pomoći će vam domaći termoelektrični modul sastavljen na bazi Peltierovog elementa. Koristeći takav uređaj, možete generirati struju s naponom do 5 volti, što je sasvim dovoljno za punjenje uređaja i spajanje lampe. Zatim ćemo vam reći kako napraviti termoelektrični generator vlastitim rukama, pružajući jednostavnu majstorsku klasu na slikama i s video primjerom!

Ukratko o principu rada

Da biste u budućnosti shvatili zašto su potrebni određeni rezervni dijelovi prilikom sastavljanja domaćeg termoelektričnog generatora, prvo razgovarajmo o strukturi Peltierovog elementa i kako on funkcionira. Ovaj modul se sastoji od serijski povezanih termoparova koji se nalaze između keramičkih ploča, kao što je prikazano na slici ispod.

Kada takav lanac prođe struja, javlja se takozvani Peltierov efekat - jedna strana modula se zagrijava, a druga hladi. Zašto nam ovo treba? Sve je vrlo jednostavno, ako djelujete obrnutim redoslijedom: zagrijte jednu stranu ploče i ohladite drugu, u skladu s tim možete proizvesti električnu energiju niskog napona i struje. Nadamo se da je u ovoj fazi sve jasno, pa prelazimo na majstorske tečajeve koji će jasno pokazati šta i kako napraviti termoelektrični generator vlastitim rukama.

Master klasa montaže

Dakle, našli smo na internetu vrlo detaljne i istovremeno jednostavna uputstva o montaži domaćeg generatora električne energije na bazi peći i Peltierovog elementa. Za početak morate pripremiti sljedeće materijale:

• Sam Peltierov element sa parametrima: maksimalna struja 10 A, napon 15 volti, dimenzije 40 * 40 * 3,4 mm. Oznaka – TEC 1-12710.
• Staro napajanje sa računara (od njega je potrebno samo kućište).
• Stabilizator napona sa sljedećim tehničkim karakteristikama: ulazni napon 1-5 volti, izlazni napon – 5 volti. Ovo uputstvo za sastavljanje termoelektričnog generatora koristi modul sa USB izlazom, koji će pojednostaviti proces punjenja modernog telefona ili tableta.
• Radijator. Možete ga odmah uzeti iz procesora sa hladnjakom, kao što je prikazano na fotografiji.
• Termalna pasta.

Nakon što ste pripremili sve materijale, možete nastaviti s izradom uređaja sami. Dakle, da vam bude jasnije kako sami napraviti generator, nudimo korak po korak majstorsku klasu sa slikama i detaljnim objašnjenjem:

Termoelektrični generator radi na sljedeći način: stavite drva u peć, zapalite je i pričekate nekoliko minuta dok se jedna strana ploče ne zagrije. Da bi se telefon napunio, razlika između temperatura različitih strana mora biti oko 100 o C. Ako se rashladni dio (radijator) zagrije, potrebno ga je sve ohladiti. moguće metode– lagano prelijte vodom, stavite šolju leda itd.

A evo i videa koji jasno pokazuje kako radi domaći električni generator na drva:

Proizvodnja električne energije iz požara

Također možete instalirati kompjuterski ventilator na hladnu stranu, kao što je prikazano u drugoj verziji domaćeg termoelektričnog generatora s Peltierovim elementom:

U ovom slučaju, hladnjak će koristiti mali dio snage generatorskog seta, ali će rezultirajući sistem biti efikasniji. Pored telefonskog punjenja, Peltier modul se može koristiti kao izvor električne energije za LED diode, što je jednako korisna opcija za korištenje generatora. Usput, druga verzija domaćeg termoelektričnog generatora malo je slična po izgledu i dizajnu. Jedina nadogradnja, pored sistema hlađenja, je mogućnost podešavanja visine gorionika tzv. Da bi to učinio, autor elementa koristi "tijelo" CD-ROM-a (jedna od fotografija jasno pokazuje kako možete sami napraviti dizajn).

Ako vlastitim rukama napravite termoelektrični generator ovom metodom, možete imati do 8 volti napona na izlazu, tako da za punjenje telefona ne zaboravite spojiti pretvarač koji će ostaviti samo 5 V na izlazu.

Pa zadnja opcija Domaći izvor električne energije za dom može se predstaviti sljedećim dijagramom: element - dvije aluminijske „cigle“, bakrena cijev (vodeno hlađenje) i plamenik. Rezultat je efikasan generator koji vam omogućava stvaranje besplatne struje kod kuće!

DIY Peltier element

IN engleski jezik termin se naziva TEC - termoelektrični hladnjak. Peltierov element "uradi sam" je temperaturno-električni pretvarač koji radi na principu temperaturne razlike koja se javlja u trenutku primjene električne struje. Da li ga je moguće sami sastaviti i za šta se može koristiti?

DIY Peltier element

Gotovo je nemoguće napraviti uređaj kod kuće, pogotovo jer nema puno smisla s obzirom na njegovu nisku tržišnu vrijednost.

Ali većina majstora i dalje radije izrađuje Peltierov element vlastitim rukama, navodeći niz njegovih prednosti:

1. Kompaktan, jednostavan za ugradnju na domaći elektronski plato.
2. Nema pokretnih dijelova, što produžava njegov vijek trajanja.
3. Mogućnost povezivanja više elemenata u kaskadno kolo radi smanjenja vrlo visokih temperatura.

Međutim, DIY Peltier ima određene nedostatke: nisku efikasnost, potrebu za snabdijevanjem velikom strujom kako bi se dobila primjetna temperaturna razlika i poteškoće u uklanjanju toplinske energije sa ohlađene površine.

Pogledajmo primjer dijagrama kako napraviti Peltier vlastitim rukama:

• Koristite ga kao dio termoelektričnog generatora, prema dijagramu povezivanja.
• Sastavite jednostavan pretvarač na L6920 IC čip (slika 1).

Slika 1. DIY Peltierov element: univerzalno kolo

1. Primijenite napon u rasponu od 0,8-5,5V na ulaz rezultirajućeg pretvarača kako biste imali stabilan izlaz od 5V.
2. Kada koristite uređaj konvencionalnog tipa, postavite temperaturnu granicu zagrijane strane na 150 stepeni.
3. Za kalibraciju koristite posudu s kipućom vodom kao izvor topline, koja se sigurno neće zagrijati iznad 100 stupnjeva.

Opis tehnologije i principa rada

Način rada termoelektričnog hladnjaka je prilično jednostavan. DIY Peltierov efekat se zasniva na kontaktu dva strujna provodnika koji imaju različite nivoe energije elektrona u zoni provodljivosti.

Slika 2. Princip rada elementa

Kada se električna struja primeni kroz takvu vezu, elektron dobija visoku energiju, omogućavajući mu da se pomeri u provodni pojas više energije drugog poluprovodnika. Kada se ova energija apsorbuje, nastaje područje hlađenja provodnika (slika 2).

Kada se proces odvija u suprotnom smjeru, reakcija dovodi do zagrijavanja kontaktne površine i uobičajenog toplinskog efekta.

Nakon što ste vlastitim rukama pogledali Peltier video, možete izvući određene zaključke o principu njegovog rada:

1. Količina dovedene struje bit će proporcionalna stupnju hlađenja - ako je na jednoj strani modula napravljen dobar hladnjak, kada se koriste radijatorski krugovi, njegova hladna strana će osigurati najnižu moguću temperaturu.
2. Kada se promijeni polaritet struje, ravni grijanja i hlađenja mijenjaju stranu.
3. Kada predmet dođe u dodir s metalnom površinom, on postaje toliko mali da se ne može vidjeti na pozadini omskog zagrijavanja ili drugih efekata toplinske provodljivosti, zbog čega se u praksi koriste dva poluprovodnika.
4. Zahvaljujući različitom broju termoparova - od 1 do 100, može se postići skoro svaki kapacitet hlađenja.

Tehničke karakteristike Peltierovog elementa

Komponenta se široko koristi u različitim rashladnim krugovima.

Što nije iznenađujuće, budući da "uradi sam" peltier ima sljedeće tehničke karakteristike:

1. Sposoban za postizanje niskih temperatura, što je odlično rješenje za hlađenje električnih uređaja i opreme koja se zagrijava.
2. Savršeno obavlja posao konvencionalnog hladnjaka, što ga omogućava ugradnju u moderne zvučne i akustične sisteme.
3. Apsolutno tih - tokom rada ne proizvodi nikakve strane ili intenzivne zvukove.
4. Ima snažan prijenos topline dok održava željenu temperaturu na radijatoru prilično dugo.

Frižider uradi sam sa Peltier elementima

Za sastavljanje rashladne jedinice trebat će vam dovoljan broj električnih provodnika i specijalnih alata (slika 3).

DIY Peltier hladnjak zahtijeva poseban pristup montaži i korištenim materijalima:

1. Osnova za ploču treba biti izdržljiva keramika;
2. Za maksimalnu temperaturnu razliku potrebno je pripremiti najmanje 20 priključaka;
3. Ispravni proračuni su ključ za povećanje efikasnosti za 70%;
4. Freon će pružiti najveću snagu korištenoj opremi;
5. Domaći modul je ugrađen u blizini njegovog isparivača, pored motora;
6. Instalacija se izvodi standardnim setom alata pomoću brtvila;
7. Oni su neophodni za izolaciju radnog modela od startnog releja;
8. Izolacija će također biti potrebna za samo ožičenje, prije spajanja na kompresor;
9. Izbjeći kratki spoj, jačinu krajnjeg napona naziva tester.

Slika 3. Koristeći Peltierov element, možete jednostavno sastaviti hladnjak za kampiranje

Slična shema se može koristiti za hladnjak automobila. Peltier automobilski hladnjak sastavlja se vlastitim rukama na keramičkoj ploči debljine ne manje od 1 milimetra. Koristi bakrene nemodularne veze kapaciteta 4A i koristi provodnike označene "PR20", pogodne za kontakte različite vrste. Za spajanje uređaja na kondenzator koristite obično lemilo.

DIY Peltier klima uređaj

U ovom slučaju, za proizvod se mogu koristiti samo provodnici tipa “PR12” (slika 4).

Uradi sam Peltier klima uređaji montiraju se samo na njih, jer mogu izdržati abnormalne temperature i proizvoditi napone do 23V:

1. Uglavnom se koristi za hlađenje kompjuterskih video kartica.
2. Njegov otpor varira unutar 3 oma.
3. Temperaturna razlika je 10 stepeni, a efikasnost je 65%.
4. Potrebno je 14 bakarnih provodnika.
5. Za povezivanje se koristi nemodularni adapter.
6. Uređaj je montiran pored ugrađenog hladnjaka na video kartici.
7. Konstrukcija je učvršćena metalnim uglovima i običnim maticama.

Slika 4. Element se takođe koristi za izradu prenosivih klima uređaja

Ako se tokom rada klima uređaja primijeti jaka strana buka ili drugi nekarakteristični zvukovi, provjerava se funkcionalnost multimetrom.

DIY Peltier generator

Nije tako teško sami sastaviti takav uređaj. DIY Peltier generator ima svoje karakteristike: performanse sklopljenog uređaja povećavaju se za 10% zbog većeg hlađenja motora, ali se ne preporučuje zagrijavanje glavnih komponenti na preko 200 stupnjeva. Uređaj može izdržati maksimalno opterećenje na 30A, a njegov otpor može biti 4 Ohma zbog većeg broja provodnika (slika 5).

Vrijedno je zapamtiti da vlastitim rukama generator baziran na Peltierovim elementima:

1. Ima temperaturno odstupanje u sistemu od približno 13 stepeni.
2. U većini slučajeva montaže i demontaže konstrukcije, stator ih ne ometa.
3. Modul je pričvršćen direktno na rotor, za šta je potrebno odvojiti središnju osovinu.
4. Da bi se izbjeglo zagrijavanje namota rotora od induktora, treba koristiti keramičke ploče.

Slika 5. Peltierov element će pomoći u stvaranju generatora za kampiranje

DIY Peltier generator toplote je sastavljen od dve ploče 10*10cm, debljine 1mm, učvršćene termalnom pastom, koje pokrivaju četiri potrebna modula. Na njih se stavlja limenka ili bilo koja druga posuda da zapali vatru koja će dati 170-180 stepeni. Bakarni ili aluminijumski radijator pričvršćen je na dno jedne od ploča vijcima. Na njega je pričvršćena još jedna ploča 20*12cm na koju je pričvršćen još jedan takav dio. Na njemu je ugrađeno tvornički izrađeno kućište baterije na koje je zalemljen konektor za punjenje pametnog telefona.

DIY Peltier odvlaživač

Za razliku od istog klima uređaja, implementacija ove ideje je potpuno opravdana. DIY Peltier sušilica je jednostavnog dizajna i niske cijene, a njen modul za hlađenje snižava temperaturu radijatora ispod tačke rose, što dovodi do taloženja vlage sadržane u zraku koji prolazi kroz uređaj. Zatim se taložena voda šalje u poseban rezervoar za skladištenje (slika 6).

Uprkos niskoj efikasnosti, efikasnost takvog uređaja može se nazvati sasvim zadovoljavajućom.

Peltier odvlaživač vazduha uradi sam:

1. Povezuje se bez problema - izlazne žice se isporučuju konstantan pritisak, čija je vrijednost navedena u njegovom podatkovnom listu.
2. Ima standardni polaritet - crvena žica ide na plus, crna na minus; ako se pomiješaju, ohlađene i zagrijane površine će promijeniti mjesta.
3. Provjerava se taktilno - kada je spojen na izvor napona, jedna strana će biti hladna, druga će biti topla.
4. Ako u blizini nema izvora struje, spajamo sonde na terminale modula i na jednu od strana prinesemo upaljenu šibicu ili upaljač i promatramo očitanja uređaja.

Slika 6. Dijagram sklopa sušača zraka

Kako spojiti Peltierove elemente na modul

Ako govorimo o jednostavnom regulatoru, ne bi trebalo biti poteškoća u povezivanju ako postoji krug. DIY Peltier modul se sastoji od dvije metalne ploče i ožičenja s kontaktima. Za ugradnju se pripremaju "PP" provodnici koji se postavljaju u podnožje. Za kontrolu temperaturnog režima, na izlazu se koriste poluvodiči. Da biste sastavili sve komponente zajedno, koristite lemilo srednje snage. Na kraju spojite dvije žice kroz koje prolazi električna struja.

DIY Peltier modul ima sljedeće nijanse povezivanja:

1. Prva provodljiva žica je montirana na donjoj bazi konstrukcije.
2. Fiksiran je blizu najudaljenije provodne veze.
3. U tom slučaju treba izbjegavati svaki kontakt sa metalnim dijelom.
4. Zatim je drugo takvo ožičenje pričvršćeno u gornjem dijelu.
5. Popravlja se na isti način kao i prethodni.

Testiranje samo-sastavljenog Peltierovog modula

S obzirom na jednostavnost montaže, nije teško napraviti uređaj sami. Testiranje Peltierovog elementa napravljenog od dioda vlastitim rukama, kao i bilo kojeg drugog, također nije teško. Glavna stvar u početnim fazama je korištenje pravih materijala - pripremiti dvije metalne ploče i ožičenje neophodni kontakti, poluprovodnici sa oznakom “PP”. Možete provjeriti sve da li se servisira pomoću multimetra ili običnog testera, a diode bi trebale zasvijetliti kada je uređaj spojen na mrežu.

Koristeći jednostavne uređaje, možete iskoristiti gubitak topline od zagrijavanja zraka ili tekućina. U ovom članku ćemo vam reći kako iskoristiti otpadnu energiju peći, kotlova i otvorene vatre, pretvarajući je u jednosmjernu električnu struju male snage.

Svaki hemijski proces se odvija uz oslobađanje različitih vrsta energije. Tako snažan izvor kao što je sagorijevanje korišten je u svakom trenutku. Može se nazvati primarnim izvorom topline i svjetlosti. Gotovo sve tvari na Zemlji gore, oslobađajući toplinu i svjetlost u različitim količinama. Pretvaranje toplinske energije u električnu nije teško ako imate pri ruci ispravnu parnu turbinu, sličnu onima instaliranim u termoelektranama. Ovo je glomazan i složen uređaj za koji je malo vjerovatno da će naći mjesto u kotlovnici. seoska kuća. Pokušat ćemo iskoristiti toplinu koju proizvodi grijanje peći ili grijanje vode.

Peltierov efekat je fenomen temperaturne razlike kada su dva termopara u interakciji razne vrste provodnike (p-tipa i n-tipa) kada kroz njih prolazi jednosmjerna struja. Seebeckov efekat je posljedica Peltierovog efekta, kada se električna struja stvara kada se jedan od termoparova zagrije. Nećemo detaljno opisivati ​​termodinamiku procesa - ove teško razumljive informacije mogu se lako pronaći u referentnoj literaturi. Zanimaju nas rezultat i mogućnosti njegove praktične upotrebe.

Dizajn termoelektričnog modula

Termoelektrični modul (TEM) se sastoji od mnogih termoparova povezanih jedan s drugim bakarnom pločom. Polje termoelementa je zalijepljeno između dvije keramičke ploče. Takav modul je moguće montirati samo u fabričkom okruženju. Ali možete i kod kuće sastaviti nekoliko TEM-ova za vlastite potrebe. Peltier-Seebeck elementi dostupni su za slobodnu prodaju u specijaliziranim prodavaonicama (i na web stranicama) koje prodaju tehnološku opremu.

Sastavljanje 5 V TEM

Šta će vam trebati:

• Peltier modul TEC1-12705 (40x40) - 2 kom.;
• pojačani DC pretvarač napona EK-1674;
• duralumin lim debljine 3 mm;
• posuda za vodu sa savršeno ravnim dnom (kuvačka);
• vruće ljepilo;
• lemilica

Iz lima duralumina izrezali smo dvije identične ploče, nešto veće od dva modula koji leže jedan pored drugog. Ploče na modulima s obje strane ojačavamo vrućim ljepilom. Dobiveni "sendvič" fiksiramo (vrućim ljepilom) na dno kutlače. Ovaj dizajn se već može zapaliti, ali ćemo na izlazu dobiti beskorisnih 1,5 V. Da bismo poboljšali performanse, potreban nam je pojačivač, koji zalemimo u kolo. Povećat će napon na 5 V, a to je već dovoljno za punjenje mobilnog telefona.

Pažnja! Pretvarač je dimenzija 1,5x1,5 cm.Ako nemate stručne vještine, povjerite lemljenje stručnjaku.

Temperaturna razlika u našem dizajnu se dobija zagrijavanjem jedne strane (iz peći ili plamena) i hlađenjem druge (voda u loncu). Naravno, što je veća razlika rade efikasnije modul. Stoga će vam za rad u mikrogeneratorskom režimu biti potrebna relativno niska temperatura vode u loncu (bolje ga je povremeno mijenjati). Za generiranje željenih 5 V, dovoljno je postaviti strukturu na staklo sa upaljenom svijećom.

Proporcionalnim kombinovanjem više modula dobijamo efikasniji sistem za proizvodnju energije. Shodno tome, povećanjem strukture, proporcionalno povećavamo izmjenjivač topline. U tom slučaju, površinu koja se hladi treba potpuno prekriti posudom s vodom (najjednostavnija i najpristupačnija opcija).

Sve je tako jednostavno da odmah osjetite želju da sastavite više modula u jedan sistem i generirate 220 V iz vatre. Zatim spojite grijač ulja ili klima uređaj. Takve jednostavan sistem ima svoje nedostatke, a glavni je niska efikasnost. Obično ova brojka ne prelazi 5%. To rezultira relativno malom strujom od 0,5 - 0,8 A i vrlo malom snagom - do 4 W.

Za pumpu ili lampu sa žarnom niti ovo je zanemarivo, ali sasvim dovoljno za:

• punjenje baterija do akumulatora za motocikle (u varijantama proporcionalnim zahtjevima);
• rad sijalica koje emituju diode (LED);
• radio prijemnik

Zimi će sistem postavljen na izvor toplote koji se nalazi napolju raditi što je moguće efikasnije.

Materijalni troškovi za montažu 5V termoelektričnog mikrogeneratora:

*- ovaj model stavka je odabrana zbog cijene. Raspon TEM-ova kompanija dobavljača je prilično širok, što vam omogućava da odaberete produktivnije (do 8 V) modele (znatno su skuplji).

Tvornički proizvodi ovog dizajna tek se počinju pojavljivati ​​u prodaji. Serijska proizvodnja se odvija u malim serijama, a asortiman je mali. Cijena takve "kante" počinje od 2.500 rubalja.

Tvornički termalni generator je uređaj baziran na Peltier-Seebeck efektu, koji se može pričvrstiti direktno na zagrijanu površinu. Od gore opisanog dizajna razlikuje se po tvorničkoj izvedbi (a samim tim i po pouzdanosti), odsustvu tečnog izmjenjivača topline (umjesto toga postoje rebra za hlađenje zraka) i višoj cijeni.

Standardni "putujući" termogenerator ima sljedeće karakteristike:

Kao što se može vidjeti iz tabele, fabrička pouzdanost i korisnost nisu jeftini. Međutim, ne može se reći da je funkcionalno superiorniji od domaće verzije s kantom. Impresivnih 13,5 V ubrzat će punjenje vašeg mobilnog telefona, ali za to ćete morati ponijeti 2 kg težine sa sobom na planinarenje, a ovo je nedopustiv luksuz (s obzirom na veličinu uređaja). I, naravno, cijena vas tjera na razmišljanje. Sa ovom količinom možete sastaviti ne "termičku kutlaču", već "termičku tavu" i lako napuniti laptop. I još jedna nijansa - uređaj i dalje zahtijeva pričvršćivanje na metalnu ploču ako se koristi otvorena vatra.

Sve u svemu, ovo je ugodan i zgodan dodatak za one koji nemaju problema s novcem i slobodan prostor u prtljažniku.

Energetska peć

Danas je energetska peć apoteoza upotrebe TEM-a u svakodnevnom životu. Ovo je fabrički proizvod, u suštini ložište "trbušna peć" za bilo koju vrstu čvrstog goriva sa integrisanim termoelektričnim modulom. Savršena opcija za lovačke domove, vikendice, udaljena zimovališta i općenito bilo koju vrstu života daleko od civilizacije. Dizajniran za autonomnu upotrebu (bez perifernih hladnjaka), ima samo ognjište i dimnjak. Uključuje pripremu hrane. Ova peć je opremljena sa najviše moćni elementi Peltier-Seebeck.

Karakteristike energetskih peći:

Iako je peć prenosiva, svakako spada u "super tešku kategoriju". kućanskih aparata. Međutim, raspon zadataka za energetsku peć je prilično širok - može se čak i puniti akumulatori za automobile, osvetljavaju čitave prostorije LED lampama. Za to ima mjesta u ekspedicijskom konvoju i u lovačkom terenskom vozilu, u tehničkoj prostoriji i na dachi. Drugim riječima, u ovom slučaju izvor topline uvijek imamo sa sobom, sve što treba da uradimo je da pronađemo gorivo.

U svojoj niši, energetska peć je nezamjenjiva, iako je vijek trajanja koji je deklarirao proizvođač malo alarmantan - 10 godina. Treba napomenuti da, kao i kod termogeneratora, postoji mogućnost preventivne (ili hitne) zamjene svih dijelova do kućišta.

Termoelektrični moduli su izuzetno zanimljivi objekti. Osim opisanih metoda primjene, koriste se i za vodu i klimatizaciju. U ovom slučaju se isporučuje isti element D.C. i radi “u suprotnom smjeru” - hladi zrak. Ova tehnologija se uspješno koristi u automobilskim klima uređajima i rashladnim uređajima za vodu, u automobilskoj industriji i proizvodnji mikroprocesora. Ove uređaje ćemo opisati u sljedećem članku.

Vitalij Dolbinov, rmnt.ru

Rashladna oprema je toliko ušla u naše živote da je teško i zamisliti kako bismo mogli bez nje. Ali klasični dizajni rashladnog sredstva nisu prikladni za mobilnu upotrebu, na primjer, kao putna rashladna torba.

U tu svrhu koriste se instalacije u kojima se princip rada zasniva na Peltier efektu. Hajde da ukratko porazgovaramo o ovom fenomenu.

Šta je to?

Ovaj izraz se odnosi na termoelektrični fenomen koji je 1834. otkrio francuski prirodnjak Jean-Charles Peltier. Suština efekta je oslobađanje ili apsorpcija topline u području gdje su u kontaktu različiti provodnici kroz koje prolazi električna struja.

U skladu s klasičnom teorijom, postoji sljedeće objašnjenje za pojavu: električna struja prenosi elektrone između metala, koji mogu ubrzati ili usporiti njihovo kretanje, ovisno o kontaktnoj potencijalnoj razlici u provodnicima od različitih materijala. U skladu s tim, s povećanjem kinetičke energije, ona se pretvara u toplinsku energiju.

Na drugom provodniku se uočava obrnuti proces koji zahtijeva dopunu energije, u skladu sa osnovnim zakonom fizike. To se događa zbog termičkih vibracija, koje uzrokuju hlađenje metala od kojeg je napravljen drugi provodnik.

Savremene tehnologije omogućavaju proizvodnju poluvodičkih elemenata-modula sa maksimalnim termoelektričnim efektom. Ima smisla ukratko govoriti o njihovom dizajnu.

Dizajn i princip rada

Moderni moduli su konstrukcija koja se sastoji od dvije izolacijske ploče (obično keramičke), između kojih se nalaze serijski povezani termoparovi. Pojednostavljeni dijagram takvog elementa može se naći na donjoj slici.

Oznake:

• A – kontakti za povezivanje na izvor napajanja;
• B – vruća površina elementa;
• C – hladna strana;
• D – bakarni provodnici;
• E – poluprovodnik na bazi p-spoja;
• F – poluprovodnik n-tipa.

Dizajn je napravljen na način da je svaka strana modula u kontaktu ili p-n ili n-p prelazi(u zavisnosti od polariteta). Kontakti p-n zagrejati, n-p – ohladiti (vidi sliku 3). Shodno tome, na stranama elementa dolazi do temperaturne razlike (DT). Posmatraču će ovaj efekat izgledati kao prijenos toplinske energije između strana modula. Važno je napomenuti da promjena polariteta napajanja dovodi do promjene toplih i hladnih površina.

Rice. 3. A – vruća strana termoelementa, B – hladna strana

Specifikacije

Karakteristike termoelektričnih modula opisuju se sljedećim parametrima:

• kapacitet hlađenja (Q max), ova karakteristika se određuje na osnovu maksimalno dozvoljene struje i temperaturne razlike između strana modula, mjerene u vatima;
• maksimalna temperaturna razlika između strana elementa (DT max), parametar je dat za idealne uslove, jedinica mere je stepeni;
• dozvoljena struja potrebna za osiguranje maksimalne temperaturne razlike – I max;
• maksimalni napon U max potreban da struja I max dostigne vršnu razliku DT max ;
• unutrašnji otpor modula – Otpor, naznačen u Ohmima;
• koeficijent efikasnosti - COP (skraćenica od engleskog - koeficijent performansi), u suštini ovo je efikasnost uređaja, koji pokazuje omjer hlađenja i potrošnje energije. Za jeftine elemente ovaj parametar je u rasponu od 0,3-0,35, za skuplje modele približava se 0,5.

Označavanje

Pogledajmo kako se dešifriraju tipične oznake modula na primjeru sa slike 4.

Slika 4. Peltierov modul sa oznakom TEC1-12706

Označavanje je podijeljeno u tri smislene grupe:

1. Oznaka elementa. Prva dva slova su uvijek nepromijenjena (TE), što znači da je riječ o termoelementu. Sljedeći označava veličinu, mogu biti slova "C" (standardno) i "S" (malo). Posljednji broj označava koliko slojeva (kaskada) ima u elementu.
2. Broj termoparova u modulu prikazanom na fotografiji je 127.
3. Nazivna struja je u Amperima, za nas je 6 A.

Oznake ostalih modela serije TEC1 čitaju se na isti način, na primjer: 12703, 12705, 12710, itd.

Aplikacija

Unatoč prilično niskoj efikasnosti, termoelektrični elementi se široko koriste u mjernim, računarskim i kućanskim aparatima. Moduli su važan radni element sljedećih uređaja:

• Pokretne rashladne jedinice;
• mali generatori za proizvodnju električne energije;
• Rashladni sustavi u osobnim računalima;
• Hladnjaci za hlađenje i grijanje vode;
• odvlaživači vazduha itd.

Navedimo detaljne primjere upotrebe termoelektričnih modula.

Frižider sa Peltierovim elementima

Termoelektrične rashladne jedinice znatno su inferiornije u performansama od kompresorskih i apsorpcionih analoga. Ali oni imaju značajne prednosti, što čini njihovu upotrebu preporučljivom pod određenim uvjetima. Ove prednosti uključuju:

• jednostavnost dizajna;
• otpornost na vibracije;
• odsustvo pokretnih elemenata (osim ventilatora koji duva radijator);
• nizak nivo buke;
• male dimenzije;
• sposobnost rada na bilo kojoj poziciji;
• dug radni vek;
• niska potrošnja energije.

Ove karakteristike su idealne za mobilne instalacije.

Peltierov element kao generator električne energije

Termoelektrični moduli mogu raditi kao generatori električne energije ako je jedna od njihovih strana podvrgnuta prisilnom grijanju. Što je veća temperaturna razlika između strana, to je veća struja koju generiše izvor. Nažalost, maksimalna temperatura za termalni generator je ograničena; ne može biti viša od tačke topljenja lema koji se koristi u modulu. Kršenje ovog uslova će dovesti do kvara elementa.

Za masovnu proizvodnju termogeneratora koriste se specijalni moduli sa vatrostalnim lemom koji se mogu zagrijati do temperature od 300°C. U običnim elementima, na primjer, TEC1 12715, granica je 150 stupnjeva.

Pošto je efikasnost ovakvih uređaja niska, oni se koriste samo u slučajevima kada nije moguće koristiti efikasniji izvor električne energije. Međutim, među turistima, geolozima i stanovnicima udaljenih područja traženi su termalni generatori od 5-10 W. Velike i moćne stacionarne instalacije na visokotemperaturno gorivo koriste se za napajanje distributivnih jedinica gasa, opreme meteoroloških stanica itd.

Za hlađenje procesora

Relativno nedavno, ovi moduli su počeli da se koriste u sistemima za hlađenje procesora personalni računari. S obzirom na nisku efikasnost termoelemenata, prednosti takvih struktura su prilično sumnjive. Na primjer, za hlađenje izvora topline od 100-170 W (odgovara većini moderni modeli CPU), morat ćete potrošiti 400-680 W, što zahtijeva instalaciju snažnog napajanja.

Druga zamka je da će neopterećen procesor osloboditi manje toplotne energije, a modul može da ga ohladi ispod tačke rose. Kao rezultat toga, kondenzacija će se početi stvarati, što će zajamčeno oštetiti elektroniku.

Oni koji se odluče za samostalno kreiranje takvog sistema morat će izvršiti niz proračuna kako bi odabrali snagu modula za određeni model procesora.

Na osnovu gore navedenog, korištenje ovih modula kao CPU sistema za hlađenje nije isplativo; osim toga, mogu uzrokovati kvar kompjuterska oprema ne radi.

Sasvim je drugačija situacija kod hibridnih uređaja, gdje se termalni moduli koriste u kombinaciji s vodenim ili zračnim hlađenjem.

Hibridni rashladni sistemi su dokazali svoju efikasnost, ali visoka cijena ograničava krug njihovih obožavatelja.

Klima uređaj baziran na Peltier elementima

Teoretski, takav uređaj će biti strukturno mnogo jednostavniji od klasičnih sistema za kontrolu klime, ali sve se svodi na niske performanse. Jedna stvar je hlađenje male zapremine frižidera, druga stvar hlađenja prostorije ili unutrašnjosti automobila. Klima uređaji uključeni termoelektrični moduliće trošiti više električne energije (3-4 puta) od opreme koja radi na rashladno sredstvo.

Što se tiče upotrebe kao automobilski sistem kontrola klime, tada snaga standardnog generatora neće biti dovoljna za rad takvog uređaja. Zamjena efikasnijom opremom će dovesti do značajne potrošnje goriva, što nije isplativo.

Na tematskim forumima povremeno se javljaju rasprave o ovoj temi i razmatraju se različiti domaći dizajni, ali punopravni radni prototip još nije stvoren (ne računajući klima uređaj za hrčka). Sasvim je moguće da će se situacija promijeniti kada moduli sa prihvatljivijom efikasnošću postanu široko dostupni.

Za rashladnu vodu

Termoelektrični element se često koristi kao rashladno sredstvo za hladnjake vode. Dizajn uključuje: modul za hlađenje, termostatski kontrolirani kontroler i grijač. Ova implementacija je mnogo jednostavnija i jeftinija od kruga kompresora; osim toga, pouzdanija je i lakša za rukovanje. Ali postoje i određeni nedostaci:

• voda se ne hladi ispod 10-12°C;
• hlađenje traje duže od svog kompresorskog kolege, stoga takav hladnjak nije prikladan za kancelariju sa veliki iznos radnici;
• uređaj je osjetljiv na vanjsku temperaturu, u toploj prostoriji voda se neće ohladiti na minimalnu temperaturu;
• Ne preporučuje se instalacija u prašnjavim prostorijama, jer se ventilator može začepiti i rashladni modul pokvariti.

Stolni hladnjak vode sa Peltierovim elementom

Sušač zraka na bazi Peltierovih elemenata

Za razliku od klima uređaja, implementacija odvlaživača zraka pomoću termoelektričnih elemenata sasvim je moguća. Dizajn je prilično jednostavan i jeftin. Modul za hlađenje snižava temperaturu radijatora ispod tačke rose, zbog čega se vlaga sadržana u vazduhu koji prolazi kroz uređaj taloži na njemu. Taložena voda se ispušta u poseban rezervoar.

Uprkos niskoj efikasnosti, u ovom slučaju je efikasnost uređaja sasvim zadovoljavajuća.

Kako se povezati?

Neće biti problema s povezivanjem modula; na izlazne žice mora se primijeniti konstantan napon; njegova vrijednost je navedena u tablici podataka elementa. Crvena žica mora biti spojena na plus, a crna na minus. Pažnja! Obrnuti polaritet obrće pozicije ohlađenih i zagrijanih površina.

Kako provjeriti funkcionalnost Peltierovog elementa?

Najjednostavniji i pouzdan način– taktilno. Potrebno je spojiti modul na odgovarajući izvor napona i dodirnuti njegove različite strane. Za radni element, jedan od njih će biti topliji, drugi hladniji.

Ako nemate odgovarajući izvor pri ruci, trebat će vam multimetar i upaljač. Proces verifikacije je prilično jednostavan:

1. spojite sonde na terminale modula;
2. donesite upaljeni upaljač na jednu od strana;
3. Posmatramo očitanja uređaja.

U radnom modulu, kada se jedna od strana zagrije, stvara se električna struja koja će biti prikazana na displeju uređaja.

Kako napraviti Peltierov element vlastitim rukama?

Gotovo je nemoguće napraviti domaći modul kod kuće, pogotovo jer nema smisla to raditi, s obzirom na njihovu relativno nisku cijenu (oko 4-10 dolara). Ali možete sastaviti uređaj koji će vam biti od koristi na planinarenju, na primjer, termoelektrični generator.

Za stabilizaciju napona potrebno je sastaviti jednostavan pretvarač na L6920 IC čipu.

Na ulaz takvog pretvarača dovodi se napon u rasponu od 0,8-5,5 V; na izlazu će proizvesti stabilnih 5 V, što je sasvim dovoljno za punjenje većine mobilnih uređaja. Ako se koristi konvencionalni Peltierov element, potrebno je ograničiti opseg radne temperature grijane strane na 150 °C. Da biste izbjegli gnjavažu sa praćenjem, bolje je koristiti lonac kipuće vode kao izvor topline. U tom slučaju se garantuje da se element neće zagrijati iznad 100 °C.

Najbolje vrijeme za rad termogeneratora na bazi Peltierovih elemenata je, naravno, zima. Zato što ih je potrebno dobro ohladiti da bi se nešto dobilo.

U eksperimentu testiranja snažnog generatora korišteno je 12 TEC1-12706 Peltierovih modula. U ovoj kineskoj trgovini prodaju se najjeftiniji i najpopularniji. Za to postoji hladnjak za hlađenje.

Hlađenje u prikazanom primjeru obezbjeđivao je ventilator od 5,4 vata i 12 volti.

Što je Peltier element, koje su njegove karakteristike, kako radi i dizajn radnih modela, opisano je u nekoliko članaka na našoj web stranici, koje možete lako pronaći kroz zgodnu traku za pretraživanje.

Svrha eksperimenta je otkriti koju maksimalnu snagu najjeftiniji kineski termoelement može proizvesti u zimskoj sezoni.
Dakle, s početkom eksperimenta, peć je upaljena, kada su se drva malo rasplamsala, termogenerator je počeo da radi i ventilator je počeo. Hladi hladnu stranu termoparova. Shema je jednostavna. Na kraju videa je prikazano kako se sastavlja takav termogenerator.

Tokom eksperimenta će se postići maksimalni napon otvorenog kola ovog generatora. Zatim će se pomoću potenciometra ovaj napon smanjiti za točno pola. Time se izravnava otpor generatora i otpor opterećenja. Tada se ista količina snage rasipa u generatoru i u opterećenju. To će dati 50 posto snage, odnosno efikasnost od 50 posto isporučene snage. Ovo odgovara efikasnosti od samo 50%. Ali izlaz takve snage bit će maksimalan u ovom omjeru. Ali maksimalni prijenos snage dolazi samo s ovim omjerom!
Kako se peć zagrijava, napon koji proizvodi električni generator raste. Ventilator je ubrzao, radi se o prilično snažnom ventilatoru snage 5,5 vati. Stoga će dio moći uzeti na sebe. Snaga koja će sada biti određena biće korisna snaga. Napon ne raste iznad 26 volti. Povezujemo potenciometar i počinjemo sa dodavanjem otpora.

Sada postepeno povećavamo napon na 13 volti. Zabilježena snaga je bila 9 vati. Dok su podešavanja vršena, generator se zagrejao i snaga je pala za 1,5 vati.
Uspjeli smo dobiti do 9 vati za kratko vrijeme. Ali tada je snaga opala i zaustavila se na oko 7,5 vati. Ali ova brojka je ostala stabilna. Ova snaga je dovoljna za punjenje bilo kojeg telefona, pametnog telefona ili tableta.

Od 12 Peltierovih elemenata dobija se 0,5 vata ili više po elementu. Pri temperaturi vazduha od nula stepeni, ovo je dobar pokazatelj za vazdušno hlađenje. Na temperaturi od -20, rezultat bi bio red veličine veći. Stoga je sasvim moguće dobiti čak i do jednog vata po Peltierovom elementu, ali u ekstremnoj hladnoći.
Sada će ventilator biti povezan preko vatmetra kako bi se vidjelo koliko se korisne energije troši na njegov rad. Uređaj je pokazao 6 vati. Da nije bilo ovog ventilatora, bilo bi moguće dodati još 5-6 vati na snagu ovog termalnog generatora.
Za nastavak eksperimenta planirano je da se ventilator isključi kako bi se hlađenje moglo obaviti snijegom. Nakon resetovanja ventilatora, radijator će biti jako prekriven snijegom. Međutim, u eksperimentu se dogodila neočekivana nezgoda. Nakon uklanjanja ventilatora, peć se pregrijala i jedan od Peltierovih elemenata je otkazao, otopivši se bez hlađenja. Sistem je izgubio kontakte. Stoga je ventilator koristan element u ovom uređaju. Radi sigurnosti potrebno je koristiti zaštitne rešetke.

Zaključak je sljedeći: oko 1 vat po Peltier elementu može se dobiti u dobrom mrazu. Postoje mjesta, na primjer Jakutija ili krajnji sjever, gdje temperature dostižu minus 50 stepeni Celzijusa. Tako će biti lako dobiti 1 vat iz elementa. Zamislite da je u jurti peć, a iza nje je zid dimenzija 1 x 2 m. Topla strana je unutar peći, a hladna spolja, gdje je mraz i vjetar. Sa jednog kvadratnog metra takvih elemenata možete ukloniti do 0,5 kilovata električne energije. Odnosno, sa 2 kvadratna metra možete dobiti do jednog kilovata struje.

Takve moćne peći zasnovane na elementima proizvode se u Rusiji. Zovu se „Električna peć Indigirka“. Možete ih kupiti u ovoj prodavnici, kod za popust 11920924.

Dizajn takvog termogeneratora je izuzetno jednostavan. 12 najjeftinijih kineskih Peltierovih elemenata stegnuto je između dva aluminijska radijatora, koji bi trebali imati glatke, idealno polirane površine. Naravno, termalna pasta se nanosi na svaku stranu termoelementa. Radijatore uvijamo vijcima i povezujemo ih žicama. Pričvršćujemo hladnjak, po mogućnosti snažniji. Pa, sama peć. Ovo je komad pocinčanog čelika, bolji od nehrđajućeg čelika. Pričvršćuje se na topli radijator vijcima. Zatim se pravi dno sa otvorima od 7-8 mm za usis vazduha.

Postoji nastavak ovog eksperimenta. Da biste ga pronašli, napišite u pretraživanju stranice: Peltier sa zračnim hlađenjem.