Mange nye elektrikere er interessert i ett veldig populært spørsmål - hvordan gjøre strøm gratis og samtidig autonom. Svært ofte, for eksempel når du går ut i naturen, er det en katastrofal mangel på et uttak for å lade en telefon eller slå på en lampe. I dette tilfellet vil en hjemmelaget termoelektrisk modul satt sammen på grunnlag av et Peltier-element hjelpe deg. Ved å bruke en slik enhet kan du generere strøm med en spenning på opptil 5 volt, noe som er nok til å lade enheten og koble til en lampe. Deretter vil vi fortelle deg hvordan du lager en termoelektrisk generator med egne hender, og gir en enkel mesterklasse i bilder og med et videoeksempel!

Kort om operasjonsprinsippet

Slik at du i fremtiden forstår hvorfor visse reservedeler er nødvendig når du setter sammen en hjemmelaget termoelektrisk generator, la oss først snakke om strukturen til Peltier-elementet og hvordan det fungerer. Denne modulen består av termoelementer koblet i serie mellom keramiske plater, som vist på bildet under.

Når en slik kjede går gjennom elektrisitet, den såkalte Peltier-effekten oppstår - den ene siden av modulen varmes opp, og den andre avkjøles. Hvorfor trenger vi dette? Alt er veldig enkelt, hvis du handler i omvendt rekkefølge: varm den ene siden av platen og avkjøl den andre, følgelig kan du generere elektrisitet med lav spenning og strøm. Vi håper at på dette stadiet er alt klart, så vi går videre til mesterklasser som tydelig viser hva og hvordan du lager en termoelektrisk generator med egne hender.

Montering mesterklasse

Så vi fant på Internett veldig detaljerte og samtidig enkle instruksjoner på å sette sammen en hjemmelaget strømgenerator basert på en ovn og et Peltier-element. For å begynne må du forberede følgende materialer:

• Selve Peltier-elementet med parametrene: maksimal strøm 10 A, spenning 15 volt, dimensjoner 40 * 40 * 3,4 mm. Merking – TEC 1-12710.
• En gammel strømforsyning fra en datamaskin (bare etuiet er nødvendig fra den).
• Spenningsstabilisator med følgende tekniske egenskaper: inngangsspenning 1-5 volt, utgangsspenning – 5 volt. Denne instruksjonen for montering av en termoelektrisk generator bruker en modul med en USB-utgang, som vil forenkle prosessen med å lade opp en moderne telefon eller nettbrett.
• Radiator. Du kan ta den fra prosessoren umiddelbart med en kjøler, som vist på bildet.
• Termisk pasta.

Etter å ha forberedt alt materialet, kan du fortsette å lage enheten selv. Så for å gjøre det klarere for deg hvordan du lager en generator selv, tilbyr vi en trinn-for-trinn mesterklasse med bilder og en detaljert forklaring:

Den termoelektriske generatoren fungerer som følger: du setter ved inne i ovnen, setter fyr på det og venter noen minutter til den ene siden av platen blir varm. For å lade telefonen må forskjellen mellom temperaturene på forskjellige sider være ca. 100 o C. Hvis kjøledelen (radiatoren) blir varm, må den kjøles ned av alle mulige metoder– hell forsiktig vann over den, legg et krus med is på den osv.

Og her er en video som tydelig viser hvordan en hjemmelaget vedfyrt elektrisk generator fungerer:

Generer elektrisitet fra brann

Du kan også installere en datavifte på den kalde siden, som vist i den andre versjonen av en hjemmelaget termoelektrisk generator med et Peltier-element:

I dette tilfellet vil kjøleren bruke en liten brøkdel av kraften til generatorsettet, men det resulterende systemet vil være mer effektivt. I tillegg til telefonlading kan Peltier-modulen brukes som strømkilde for lysdioder, som er et like nyttig alternativ for bruk av en generator. Forresten, den andre versjonen av en hjemmelaget termoelektrisk generator er litt lik i utseende og design. Den eneste oppgraderingen, foruten kjølesystemet, er muligheten til å justere høyden på den såkalte brenneren. For å gjøre dette bruker forfatteren av elementet "kroppen" til en CD-ROM (ett av bildene viser tydelig hvordan du kan lage designet selv).

Hvis du lager en termoelektrisk generator med egne hender ved hjelp av denne metoden, kan du ha opptil 8 volt spenning ved utgangen, så for å lade telefonen, ikke glem å koble til en omformer som bare vil etterlate 5 V ved utgangen.

Vi vil siste alternativ En hjemmelaget strømkilde for hjemmet kan representeres av følgende diagram: et element - to "klosser" av aluminium, et kobberrør (vannkjøling) og en brenner. Resultatet er en effektiv generator som lar deg lage gratis strøm hjemme!

DIY Peltier-element

I engelske språk begrepet omtales som TEC - termoelektrisk kjøler. Et gjør-det-selv Peltier-element er en temperatur-elektrisk omformer som opererer etter prinsippet om en temperaturforskjell som oppstår i det øyeblikket en elektrisk strøm påføres. Er det mulig å montere det selv og hva kan det brukes til?

DIY Peltier-element

Det er nesten umulig å lage en enhet hjemme, spesielt siden den ikke gir mye mening, gitt dens lave markedsverdi.

Men de fleste håndverkere foretrekker fortsatt å lage Peltier-elementet med egne hender, med henvisning til en rekke fordeler:

1. Kompakt, enkel å installere på et hjemmelaget elektronisk platå.
2. Det er ingen bevegelige deler, noe som øker levetiden.
3. Mulighet for å koble sammen flere elementer i en kaskadekrets for å redusere svært høye temperaturer.

Imidlertid har DIY Peltier visse ulemper: lav effektivitet, behovet for å levere høy strøm for å oppnå en merkbar temperaturforskjell, og vanskeligheten med å fjerne termisk energi fra den avkjølte overflaten.

La oss se på et eksempel på diagrammer om hvordan du lager en Peltier med egne hender:

• Bruk den som en del av en termoelektrisk generator, i henhold til koblingsskjemaet.
• Sett sammen en enkel omformer på L6920 IC-brikken (Figur 1).

Figur 1. DIY Peltier-element: universalkrets

1. Påfør en spenning i området 0,8-5,5V til inngangen til den resulterende omformeren for å få en stabil 5V utgang.
2. Når du bruker en enhet av konvensjonell type, sett temperaturgrensen på den oppvarmede siden til 150 grader.
3. For kalibrering, bruk en beholder med kokende vann som varmekilde, som definitivt ikke vil varme opp over 100 grader.

Beskrivelse av teknologi og operasjonsprinsipp

Metoden for drift av en termoelektrisk kjøler er ganske enkel. DIY Peltier-effekten er basert på kontakten mellom to strømledere som har forskjellige nivåer av elektronenergi i deres ledningssone.

Figur 2. Driftsprinsipp for elementet

Når en elektrisk strøm påføres gjennom en slik binding, får elektronet høy energi, slik at det kan bevege seg inn i ledningsbåndet med høyere energi til den andre halvlederen. Når denne energien absorberes, oppstår kjøleområdet til lederne (Figur 2).

Når prosessen skjer i motsatt retning, fører reaksjonen til oppvarming av kontaktområdet og den vanlige termiske effekten.

Etter å ha sett en Peltier-video med egne hender, kan du trekke visse konklusjoner om prinsippet om driften:

1. Mengden strøm som tilføres vil være proporsjonal med graden av kjøling - hvis det lages en god kjøleribbe på den ene siden av modulen, ved bruk av radiatorkretser, vil dens kalde side sikre lavest mulig temperatur.
2. Når polariteten til strømmen endres, skifter varme- og kjøleplanene side.
3. Når en gjenstand kommer i kontakt med en metalloverflate, blir den så liten at den ikke kan sees på bakgrunn av ohmsk oppvarming eller andre varmeledningseffekter, derfor brukes i praksis to halvledere.
4. Takket være et variert antall termoelementer - fra 1 til 100, kan nesten hvilken som helst kjølekapasitet oppnås.

Tekniske egenskaper ved Peltier-elementet

Komponenten er mye brukt i forskjellige kjølekretser.

Noe som ikke er overraskende, siden en gjør-det-selv-peltier har følgende tekniske egenskaper:

1. I stand til å nå lave temperaturer, som er en utmerket løsning for kjøling av elektriske apparater og utstyr som er utsatt for oppvarming.
2. Den utfører perfekt arbeidet til en konvensjonell kjøler, noe som gjør det mulig å installere den i moderne lyd- og akustiske systemer.
3. Helt stille - under drift produserer den ingen fremmede eller intense lyder.
4. Den har kraftig varmeoverføring samtidig som den opprettholder ønsket temperatur på radiatoren i ganske lang tid.

Gjør-det-selv-kjøleskap med Peltier-elementer

For å sette sammen kjøleenheten trenger du et tilstrekkelig antall elektriske ledere og spesialverktøy (Figur 3).

Et DIY Peltier-kjøleskap krever en spesiell tilnærming til montering og materialene som brukes:

1. Grunnlaget for brettet bør være slitesterk keramikk;
2. For maksimal temperaturforskjell må det klargjøres minst 20 koblinger;
3. Riktige beregninger er nøkkelen til å øke effektiviteten med 70 %;
4. Freon vil gi den største kraften til utstyret som brukes;
5. En hjemmelaget modul er installert nær fordamperen, ved siden av motoren;
6. Installasjonen utføres med et standard sett med verktøy ved bruk av pakninger;
7. De er nødvendige for å isolere arbeidsmodellen fra startreléet;
8. Isolasjon vil også være nødvendig for selve ledningene, før du kobler den til kompressoren;
9. Å unngå kortslutning, blir styrken til den endelige spenningen kalt av testeren.

Figur 3. Ved hjelp av et Peltier-element kan du enkelt sette sammen et campingkjøleskap

Et lignende opplegg kan brukes for en bilkjøler. Peltier autokjøleskap settes sammen med egne hender på en keramisk plate som ikke er mindre enn 1 millimeter tykk. Den bruker ikke-modulære kobberforbindelser med en kapasitet på 4A og bruker ledere merket "PR20", egnet for kontakter forskjellige typer. For å koble enheten til kondensatoren, bruk en vanlig loddebolt.

DIY Peltier klimaanlegg

I i dette tilfellet, kun ledere av typen "PR12" kan brukes for produktet (Figur 4).

Gjør-det-selv Peltier klimaanlegg er kun montert på dem, siden de tåler unormale temperaturer og produserer spenninger opp til 23V:

1. Brukes hovedsakelig til kjøling av dataskjermkort.
2. Motstanden svinger innen 3 ohm.
3. Temperaturforskjellen er 10 grader, og effektiviteten er 65%.
4. Det krever 14 kobberledere.
5. En ikke-modulær adapter brukes for tilkobling.
6. Enheten er montert ved siden av den innebygde kjøleren på skjermkortet.
7. Strukturen er sikret med metallhjørner og vanlige muttere.

Figur 4. Elementet brukes også til å lage bærbare klimaanlegg

Hvis det oppdages sterk ekstern støy eller andre ukarakteristiske lyder under drift av klimaanlegget, sjekkes det for funksjonalitet med et multimeter.

DIY Peltier generator

Det er ikke så vanskelig å sette sammen en slik enhet selv. En DIY Peltier-generator har sine egne egenskaper: ytelsen til den sammensatte enheten øker med 10% på grunn av større avkjøling av motoren, men det anbefales ikke å varme opp hovedkomponentene til over 200 grader. Enheten tåler maksimal belastning ved 30A, og motstanden kan være 4 Ohm på grunn av det større antallet ledere (Figur 5).

Det er verdt å huske at en generator basert på Peltier-elementer med egne hender:

1. Den har et temperaturavvik i systemet på omtrent 13 grader.
2. I de fleste tilfeller av montering og demontering av strukturen forstyrrer ikke statoren dem.
3. Modulen er festet direkte til rotoren, for hvilken du må koble fra den sentrale akselen.
4. For å unngå oppvarming av rotorviklingen fra induktoren bør det brukes keramiske plater.

Figur 5. Et Peltier-element vil bidra til å lage en campinggenerator

En DIY Peltier varmegenerator er satt sammen av to 10*10 cm plater, 1 mm tykke, festet med termisk pasta, som dekker de fire nødvendige modulene. En blikkboks eller en hvilken som helst annen beholder plasseres oppå dem for å tenne brannen, som vil gi 170-180 grader. En kobber- eller aluminiumsradiator er festet til bunnen av en av platene med skruer. En annen 20*12cm plate er festet til den, som en annen slik del er festet til. Et fabrikklaget batterihus er installert på den, som en kontakt for lading av en smarttelefon er loddet til.

DIY Peltier avfukter

I motsetning til det samme klimaanlegget, er implementeringen av denne ideen helt berettiget. DIY Peltier-tørkeren har en enkel design og lav pris, og kjølemodulen senker temperaturen på radiatoren under duggpunktet, noe som fører til avleiring av fuktighet i luften som passerer gjennom enheten. Deretter sendes det sedimenterte vannet til en spesiell lagertank (Figur 6).

Til tross for den lave effektiviteten, kan effektiviteten til en slik enhet kalles ganske tilfredsstillende.

Gjør-det-selv Peltier avfukter:

1. Kobles uten problemer - utgangsledningene følger med konstant trykk, hvis verdi er spesifisert i dataarket.
2. Den har en standard polaritet - den røde ledningen går til pluss, den svarte ledningen til minus hvis de blandes, vil de avkjølte og oppvarmede overflatene bytte plass.
3. Den kontrolleres taktil - når den er koblet til en spenningskilde, vil den ene siden være kald, den andre vil være varm.
4. Hvis det ikke er noen strømkilde i nærheten, kobler vi probene til terminalene på modulen og bringer en tent fyrstikk eller lighter til en av sidene og observerer avlesningene til enheten.

Figur 6. Sammenstillingsdiagram for lufttørker

Hvordan koble Peltier-elementer på en modul

Hvis vi snakker om en enkel regulator, bør det ikke være noen problemer med å koble til hvis det er en krets. En DIY Peltier-modul består av to metallplater og ledninger med kontakter. For å installere det, er "PP" -ledere forberedt og plassert ved basen. For å kontrollere temperaturregimet brukes halvledere ved utgangen. For å sette sammen alle komponentene, bruk en middels kraftig loddebolt. Til slutt kobler du de to ledningene som den elektriske strømmen går gjennom.

DIY Peltier-modulen har følgende tilkoblingsnyanser:

1. Den første ledende ledningen er montert ved den nedre bunnen av strukturen.
2. Den er festet nær det ytterste ledende leddet.
3. I dette tilfellet bør du unngå kontakt med en metalldel.
4. Deretter er en annen slik ledning festet i den øvre delen.
5. Den er fikset på samme måte som den forrige.

Tester en selvmontert Peltier-modul

Gitt den enkle monteringen, er det ikke vanskelig å lage enheten selv. Å teste et Peltier-element laget av dioder med egne hender, som alle andre, er heller ikke vanskelig. Det viktigste i de innledende stadiene er å bruke de riktige materialene - klargjør to metallplater og ledninger med nødvendige kontakter, halvledere merket "PP". Du kan sjekke alt for brukbarhet ved hjelp av et multimeter eller en vanlig tester, og diodene skal lyse når enheten er koblet til nettverket.

Ved hjelp av enkle enheter kan du bruke varmetap fra oppvarming av luft eller væsker. I denne artikkelen vil vi fortelle deg hvordan du bruker avfallsenergien fra ovner, kjeler og åpne ilder, og konverterer den til en likestrøm med lav styrke.

Enhver kjemisk prosess skjer med frigjøring av ulike typer energi. En så kraftig kilde som forbrenning har vært brukt til alle tider. Det kan kalles den primære kilden til varme og lys. Nesten alle stoffer på jorden brenner, og frigjør varme og lys i forskjellige mengder. Å konvertere termisk energi til elektrisk energi er ikke vanskelig hvis du har en fungerende dampturbin for hånden, lik de som er installert i termiske kraftverk. Dette er en klumpete og kompleks enhet som neppe finner et sted i fyrrommet. Herregård. Vi vil prøve å dra nytte av varmen som genereres av komfyroppvarming eller oppvarming av vann.

Peltier-effekten er et fenomen med temperaturforskjell når to termoelementer samhandler forskjellige typer ledere (p-type og n-type) når likestrøm går gjennom dem. Seebeck-effekten er en konsekvens av Peltier-effekten, når en elektrisk strøm genereres når et av termoelementene varmes opp. Vi vil ikke beskrive i detalj prosessens termodynamikk - denne vanskelige å forstå informasjonen kan enkelt finnes i referanselitteratur. Vi er interessert i resultatet og alternativer for praktisk bruk.

Termoelektrisk moduldesign

En termoelektrisk modul (TEM) består av mange termoelementer koblet til hverandre med en kobberplate. Termoelementfeltet limes mellom to keramiske plater. Det er mulig å montere en slik modul kun i et fabrikkmiljø. Men du kan også sette sammen flere TEM-er for dine egne behov hjemme. Peltier-Seebeck-elementer er tilgjengelig for gratis salg i spesialforretninger (og på nettsteder) som selger teknologisk utstyr.

Montering av en 5 V TEM

Hva du trenger:

• Peltier-modul TEC1-12705 (40x40) - 2 stk.;
• boost DC spenningsomformer EK-1674;
• duralumin plate 3 mm tykk;
• en vannbeholder med en perfekt flat bunn (øse);
• varmt lim;
• loddebolt

Vi kuttet ut to identiske plater fra et ark med duralumin, litt større enn to moduler som ligger ved siden av hverandre. Vi styrker platene på modulene på begge sider med varmt lim. Vi fester (med varmt lim) den resulterende "smørbrødet" til bunnen av øsen. Denne designen kan allerede settes i brann, men vi får ubrukelige 1,5 V ved utgangen For å forbedre ytelsen trenger vi en boost-omformer, som vi lodder inn i kretsen. Det vil øke spenningen til 5 V, og dette er allerede nok til å lade en mobiltelefon.

Merk følgende! Omformeren har dimensjoner på 1,5x1,5 cm Hvis du ikke har profesjonelle ferdigheter, betro lodding til en spesialist.

Temperaturforskjellen i designen vår oppnås ved å varme den ene siden (fra ovnen eller flammen) og avkjøle den andre (vann i øsen). Selvfølgelig, jo større forskjellen er jobbe mer effektivt modul. Derfor, for å operere i mikrogeneratormodus, trenger du en relativt lav vanntemperatur i øsen (det er bedre å erstatte den med jevne mellomrom). For å generere den ettertraktede 5 V, er det nok å plassere strukturen på et glass med et brennende stearinlys.

Ved proporsjonalt å kombinere flere moduler får vi et mer effektivt energigenereringssystem. Følgelig, ved å øke strukturen, øker vi proporsjonalt varmeveksleren. I dette tilfellet bør overflaten som skal avkjøles dekkes helt med en beholder med vann (det enkleste og rimeligste alternativet).

Alt er så enkelt at du umiddelbart føler et ønske om å sette sammen flere moduler til ett system og generere 220 V fra brannen. Og koble deretter til oljevarmeren eller klimaanlegget. Slik enkelt system har sine ulemper, og den viktigste er lav effektivitet. Vanligvis overstiger ikke dette tallet 5 %. Dette resulterer i en relativt lav strøm på 0,5 - 0,8 A og svært lav effekt - opptil 4 W.

For en pumpe eller glødelampe er dette ubetydelig, men ganske nok for:

• lade batterier opp til motorsykkelbatterier (i varianter proporsjonale med kravene);
• drift av lysdiode (LED) lamper;
• radiomottaker

Om vinteren vil et system plassert på en varmekilde plassert utenfor fungere så effektivt som mulig.

Materialkostnader for montering av en 5V termoelektrisk mikrogenerator:

*- denne modellen varen ble valgt av prishensyn. Utvalget av TEM-er fra leverandørbedrifter er ganske bredt, noe som lar deg velge mer produktive (opptil 8 V) modeller (de er betydelig dyrere).

Fabrikklagde produkter av denne designen begynner akkurat å dukke opp på salg. Serieproduksjon utføres i små partier, og utvalget er lite. Kostnaden for en slik "bøtte" starter på 2500 rubler.

En termisk generator fra fabrikken er en enhet basert på Peltier-Seebeck-effekten, som kan festes direkte til en oppvarmet overflate. Den skiller seg fra designen beskrevet ovenfor ved sin fabrikkutførelse (og derfor pålitelighet), fraværet av en væskevarmeveksler (i stedet finner for luftkjøling) og en høyere pris.

En standard "reisende" termogenerator har følgende egenskaper:

Som det fremgår av tabellen, er fabrikkpålitelighet og nytte ikke billig. Det kan imidlertid ikke sies at den er funksjonelt overlegen den hjemmelagde versjonen med bøtte. En imponerende 13,5 V vil øke hastigheten på ladingen av mobiltelefonen din, men for dette må du ha 2 kg vekt med deg på en fottur, og dette er en uoverkommelig luksus (med tanke på størrelsen på enheten). Og prisen får deg selvfølgelig til å tenke. Med denne mengden kan du ikke sette sammen en "termisk øse", men en "termisk panne" og enkelt lade den bærbare datamaskinen. Og en nyanse til - enheten krever fortsatt festing til en metallplate hvis åpen ild brukes.

Totalt sett er dette et hyggelig og praktisk tillegg for de som ikke har problemer med penger og ledig plass i bagasjerommet.

Energiovn

I dag er energiovnen apoteosen for bruken av TEM i hverdagen. Dette er et fabrikkprodukt, egentlig en "potbelly stove" brennkammer for alle typer fast brensel med en integrert termoelektrisk modul. Perfekt alternativ for jakthytter, sommerhytter, avsidesliggende overvintringsområder og generelt ethvert liv langt fra sivilisasjonen. Designet for autonom bruk (uten perifere kjøleribber), den har bare en peis og en skorstein. Inkluderer matlaging. Denne ovnen er utstyrt med det meste kraftige elementer Peltier-Seebeck.

Egenskaper for energiovner:

Selv om ovnen er bærbar, er den absolutt en "super tung vektkategori" blant husholdningsapparater. Utvalget av oppgaver for energiovnen er imidlertid ganske bredt - det kan til og med lades bilbatterier, lyser opp hele rom med LED-lamper. Det er plass til den i en ekspedisjonskonvoi og i et jaktterrengkjøretøy, i teknisk rom og på landet. Med andre ord, i dette tilfellet har vi alltid varmekilden med oss, alt vi trenger å gjøre er å finne drivstoff.

I sin nisje er energiovnen uunnværlig, selv om levetiden angitt av produsenten er litt alarmerende - 10 år. Det skal bemerkes at, som i en termogenerator, er det mulighet for forebyggende (eller nød)utskifting av alle deler ned til huset.

Termoelektriske moduler er ekstremt interessante objekter. I tillegg til påføringsmetodene som er beskrevet, brukes de også til vann og klimaanlegg. I dette tilfellet leveres det samme elementet D.C. og det fungerer "i motsatt retning" - det kjøler ned luften. Denne teknologien brukes med hell i bilklimaanlegg og vannkjølere, i bilindustrien og i produksjon av mikroprosessorer. Vi vil beskrive disse enhetene i neste artikkel.

Vitaly Dolbinov, rmnt.ru

Kjøleutstyr har blitt så godt etablert i livene våre at det til og med er vanskelig å forestille seg hvordan vi kunne leve uten det. Men klassiske kjølemiddeldesign er ikke egnet for mobilbruk, for eksempel som reisekjølebag.

Til dette formål brukes installasjoner hvor driftsprinsippet er basert på Peltier-effekten. La oss kort snakke om dette fenomenet.

Hva det er?

Dette begrepet refererer til et termoelektrisk fenomen oppdaget i 1834 av den franske naturforskeren Jean-Charles Peltier. Essensen av effekten er frigjøring eller absorpsjon av varme i området der forskjellige ledere som elektrisk strøm passerer gjennom er i kontakt.

I samsvar med den klassiske teorien er det følgende forklaring på fenomenet: elektrisk strøm overfører elektroner mellom metaller, som kan akselerere eller bremse deres bevegelse, avhengig av kontaktpotensialforskjellen i ledere laget av forskjellige materialer. Følgelig, med en økning i kinetisk energi, omdannes den til termisk energi.

På den andre lederen observeres en omvendt prosess, som krever påfyll av energi, i samsvar med fysikkens grunnleggende lov. Dette oppstår på grunn av termisk vibrasjon, som forårsaker avkjøling av metallet som den andre lederen er laget av.

Moderne teknologier gjør det mulig å produsere halvlederelementer-moduler med maksimal termoelektrisk effekt. Det er fornuftig å kort snakke om designet deres.

Design og operasjonsprinsipp

Moderne moduler er en struktur som består av to isolerende plater (vanligvis keramiske), med seriekoblede termoelementer plassert mellom dem. Et forenklet diagram av et slikt element finner du i figuren nedenfor.

Betegnelser:

• A – kontakter for tilkobling til en strømkilde;
• B - varm overflate av elementet;
• C - kald side;
• D - kobberledere;
• E – halvleder basert på p-kryss;
• F – n-type halvleder.

Designet er laget på en slik måte at hver side av modulen er i kontakt enten p-n eller n-p overganger(avhengig av polaritet). Kontakter p-n varme opp, n-p – avkjøles (se fig. 3). Følgelig oppstår en temperaturforskjell (DT) på sidene av elementet. For en observatør vil denne effekten se ut som en overføring av termisk energi mellom sidene av modulen. Det er bemerkelsesverdig at endring av strømpolariteten fører til en endring i varme og kalde overflater.

Ris. 3. A – varm side av termoelementet, B – kald side

Spesifikasjoner

Egenskapene til termoelektriske moduler er beskrevet av følgende parametere:

• kjølekapasitet (Q max), denne karakteristikken bestemmes basert på maksimalt tillatt strøm og temperaturforskjellen mellom sidene av modulen, målt i watt;
• maksimal temperaturforskjell mellom sidene av elementet (DT max), parameteren er gitt for ideelle forhold, måleenheten er grader;
• tillatt strøm som kreves for å sikre maksimal temperaturforskjell – I maks;
• den maksimale spenningen U max som kreves for at strømmen I max skal oppnå toppforskjellen DT max ;
• intern motstand i modulen – Motstand, angitt i ohm;
• effektivitetskoeffisient - COP (forkortelse fra engelsk - ytelseskoeffisient), i hovedsak er dette effektiviteten til enheten, som viser forholdet mellom kjøling og strømforbruk. For rimelige elementer er denne parameteren i området 0,3-0,35, for dyrere modeller nærmer den seg 0,5.

Merking

La oss se på hvordan typiske modulmerker blir dechiffrert ved å bruke eksempelet i figur 4.

Figur 4. Peltier-modul merket TEC1-12706

Markeringen er delt inn i tre meningsfulle grupper:

1. Elementbetegnelse. De to første bokstavene er alltid uendret (TE), noe som indikerer at dette er et termoelement. Den neste angir størrelsen, det kan være bokstavene "C" (standard) og "S" (liten). Det siste tallet angir hvor mange lag (kaskader) det er i elementet.
2. Antall termoelementer i modulen vist på bildet er 127.
3. Merkestrømmen er i ampere, for oss er den 6 A.

Merkingene til andre modeller i TEC1-serien leses på samme måte, for eksempel: 12703, 12705, 12710, etc.

applikasjon

Til tross for den ganske lave effektiviteten, er termoelektriske elementer mye brukt i måling, databehandling og husholdningsapparater. Moduler er et viktig driftselement for følgende enheter:

• mobile kjøleenheter;
• små generatorer for å generere elektrisitet;
• kjølesystemer i personlige datamaskiner;
• kjølere for kjøling og oppvarming av vann;
• avfuktere osv.

La oss gi detaljerte eksempler på bruk av termoelektriske moduler.

Kjøleskap med Peltier-elementer

Termoelektriske kjøleenheter er betydelig dårligere i ytelse enn kompressor- og absorpsjonsanaloger. Men de har betydelige fordeler, noe som gjør bruken tilrådelig under visse forhold. Disse fordelene inkluderer:

• enkelhet i design;
• vibrasjonsmotstand;
• fravær av bevegelige elementer (bortsett fra viften som blåser radiatoren);
• lavt støynivå;
• små dimensjoner;
• evne til å jobbe i enhver stilling;
• lang levetid;
• lavt energiforbruk.

Disse egenskapene er ideelle for mobile installasjoner.

Peltier-element som en strømgenerator

Termoelektriske moduler kan fungere som strømgeneratorer hvis en av sidene deres blir utsatt for tvungen oppvarming. Jo større temperaturforskjellen er mellom sidene, jo høyere er strømmen som genereres av kilden. Dessverre er den maksimale temperaturen for den termiske generatoren begrenset, den kan ikke være høyere enn smeltepunktet til loddet som brukes i modulen. Brudd på denne betingelsen vil føre til svikt i elementet.

For masseproduksjon av termiske generatorer brukes spesielle moduler med ildfast loddemetall, de kan varmes opp til en temperatur på 300 °C. I vanlige elementer, for eksempel TEC1 12715, er grensen 150 grader.

Siden effektiviteten til slike enheter er lav, brukes de bare i tilfeller der det ikke er mulig å bruke en mer effektiv kilde til elektrisk energi. Imidlertid er 5-10 W termiske generatorer etterspurt blant turister, geologer og innbyggere i avsidesliggende områder. Store og kraftige stasjonære installasjoner drevet av høytemperaturbrensel brukes til å drive gassdistribusjonsenheter, meteorologisk stasjonsutstyr, etc.

For å avkjøle prosessoren

Relativt nylig begynte disse modulene å bli brukt i CPU-kjølesystemer personlige datamaskiner. Tatt i betraktning den lave effektiviteten til termoelementer, er fordelene med slike strukturer ganske tvilsomme. For eksempel for å kjøle en 100-170W varmekilde (passer de fleste moderne modeller CPU), må du bruke 400-680 W, noe som krever installasjon av en kraftig strømforsyning.

Den andre fallgruven er at en ubelastet prosessor vil frigjøre mindre termisk energi, og modulen kan avkjøle den under duggpunktet. Som et resultat vil det begynne å dannes kondens, noe som garantert vil skade elektronikken.

De som bestemmer seg for å lage et slikt system på egen hånd, må utføre en rekke beregninger for å velge kraften til modulen for en spesifikk prosessormodell.

Basert på ovenstående er det ikke kostnadseffektivt å bruke disse modulene som et CPU-kjølesystem. I tillegg kan de forårsake feil data utstyr ute av drift.

Situasjonen er helt annerledes med hybridenheter, der termiske moduler brukes i forbindelse med vann- eller luftkjøling.

Hybride kjølesystemer har bevist sin effektivitet, men de høye kostnadene begrenser kretsen til deres beundrere.

Klimaanlegg basert på Peltier-elementer

Teoretisk sett vil en slik enhet være strukturelt mye enklere enn klassiske klimakontrollsystemer, men alt kommer ned til lav ytelse. Det er én ting å kjøle ned et lite volum av et kjøleskap, en annen ting å kjøle et rom eller interiøret i en bil. Klimaanlegg på termoelektriske moduler vil forbruke mer strøm (3-4 ganger) enn utstyr som kjører på kjølemedium.

Angående bruk som bilsystem klimakontroll, da vil ikke kraften til en standard generator være nok til å betjene en slik enhet. Å erstatte den med mer effektivt utstyr vil føre til betydelig drivstofforbruk, noe som ikke er kostnadseffektivt.

I tematiske fora oppstår diskusjoner om dette emnet med jevne mellomrom, og ulike hjemmelagde design vurderes, men en fullverdig fungerende prototype er ennå ikke laget (ikke medregnet klimaanlegget for en hamster). Det er godt mulig at situasjonen vil endre seg når moduler med mer akseptabel effektivitet blir allment tilgjengelige.

For kjølevann

Det termoelektriske elementet brukes ofte som kjølevæske for vannkjølere. Designet inkluderer: en kjølemodul, en termostatstyrt kontroller og en varmeovn. Denne implementeringen er mye enklere og billigere enn en kompressorkrets, i tillegg er den mer pålitelig og enklere å betjene. Men det er også visse ulemper:

• vann avkjøles ikke under 10-12°C;
• kjøling tar lengre tid enn kompressormotparten, derfor er en slik kjøler ikke egnet for et kontor med stort beløp arbeidere;
• enheten er følsom for ekstern temperatur, i et varmt rom vil vannet ikke avkjøles til minimumstemperaturen;
• Installasjon i støvete rom anbefales ikke, da viften kan bli tilstoppet og kjølemodulen kan svikte.

Vannkjøler på bord med Peltier-element

Lufttørker basert på Peltier-elementer

I motsetning til et klimaanlegg, er implementeringen av en avfukter ved hjelp av termoelektriske elementer ganske mulig. Designet er ganske enkelt og rimelig. Kjølemodulen senker temperaturen på radiatoren under duggpunktet, som et resultat av at fuktighet i luften som passerer gjennom enheten legger seg på den. Det sedimenterte vannet slippes ut i en spesiell lagertank.

Til tross for den lave effektiviteten, er effektiviteten til enheten i dette tilfellet ganske tilfredsstillende.

Hvordan koble til?

Det vil ikke være noen problemer med å koble til modulen, en konstant spenning må påføres utgangsledningene. Den røde ledningen må kobles til den positive, den svarte ledningen til den negative. Merk følgende! Reversering av polariteten reverserer posisjonene til de avkjølte og oppvarmede overflatene.

Hvordan sjekke Peltier-elementet for funksjonalitet?

Den enkleste og pålitelig måte– taktil. Det er nødvendig å koble modulen til den aktuelle spenningskilden og berøre dens forskjellige sider. For et fungerende element vil en av dem være varmere, den andre kaldere.

Hvis du ikke har en passende kilde for hånden, trenger du et multimeter og en lighter. Bekreftelsesprosessen er ganske enkel:

1. koble probene til modulterminalene;
2. ta den tente lighteren til en av sidene;
3. Vi observerer avlesningene til enheten.

I arbeidsmodulen, når en av sidene er oppvarmet, genereres en elektrisk strøm, som vises på enhetens display.

Hvordan lage et Peltier-element med egne hender?

Det er nesten umulig å lage en hjemmelaget modul hjemme, spesielt siden det ikke er noen vits i å gjøre det, gitt deres relativt lave kostnader (ca. $4-$10). Men du kan sette sammen en enhet som vil være nyttig på en fottur, for eksempel en termoelektrisk generator.

For å stabilisere spenningen er det nødvendig å sette sammen en enkel omformer på L6920 IC-brikken.

Inngangen til en slik omformer leveres med en spenning i området 0,8-5,5 V, og ved utgangen vil den produsere en stabil 5 V, som er ganske nok til å lade de fleste mobile enheter. Hvis et konvensjonelt Peltier-element brukes, er det nødvendig å begrense driftstemperaturområdet til den oppvarmede siden til 150 °C. For å unngå bryet med sporing er det bedre å bruke en gryte med kokende vann som varmekilde. I dette tilfellet vil elementet garantert ikke varmes opp over 100 °C.

Den beste tiden å bruke en termogenerator basert på Peltier-elementer er selvfølgelig vinteren. For de må være godt avkjølt for å få noe i det hele tatt.

I eksperimentet som testet en kraftig generator, ble 12 TEC1-12706 Peltier-moduler brukt. De billigste og mest populære selges i denne kinesiske butikken. Det er en kjølekjøler for den.

Avkjøling i eksemplet som vises ble levert av en 5,4 watt, 12 volt vifte.

Hva et Peltier-element er, hva dets egenskaper er, hvordan det fungerer og utformingen av arbeidsmodeller, er beskrevet i flere artikler på nettstedet vårt, som du enkelt kan finne gjennom den praktiske søkelinjen.

Hensikten med forsøket er å finne ut hvilken maksimal effekt det billigste kinesiske termoelementet kan produsere i vintersesongen.
Så, med begynnelsen av eksperimentet, ble ovnen tent, da veden blusset opp litt, begynte termogeneratoren å fungere og viften startet. Den kjøler ned den kalde siden av termoelementene. Ordningen er enkel. På slutten av videoen vises det hvordan en slik termogenerator er satt sammen.

Under eksperimentet vil den maksimale åpen kretsspenningen til denne generatoren oppnås. Deretter, ved hjelp av et potensiometer, vil denne spenningen reduseres med nøyaktig det halve. Dette utjevner generatormotstanden og belastningsmotstanden. Da forsvinner like mye kraft i generatoren og i lasten. Dette vil gi 50 prosent effekt, eller rettere sagt en virkningsgrad på 50 % av levert effekt. Dette tilsvarer en effektivitet på kun 50 %. Men utgangen av slik kraft vil være maksimal i dette forholdet. Men maksimal kraftoverføring skjer bare med dette forholdet!
Når ovnen varmes opp, øker spenningen som produseres av den elektriske generatoren. Viften har tatt fart, det er en ganske kraftig vifte med en effekt på 5,5 watt. Derfor vil den ta en del av makten til seg selv. Kraften som nå skal bestemmes vil være nyttig kraft. Spenningen stiger ikke over 26 volt. Vi kobler til potensiometeret og begynner å legge til motstand.

Nå øker vi gradvis spenningen til 13 volt. Effekten som ble registrert var 9 watt. Mens innstillingene ble gjort, ble generatoren varmet opp og effekten falt med 1,5 watt.
Vi klarte å komme opp i 9 watt i kort tid. Men så falt effekten og stoppet på rundt 7,5 watt. Men dette tallet holdt seg stabilt. Denne kraften er nok til å lade enhver telefon, smarttelefon eller nettbrett.

Fra 12 Peltier-elementer oppnås 0,5 watt eller mer per element. Ved en lufttemperatur på null grader er dette en god indikator for luftkjøling. Ved en temperatur på -20 vil resultatet være en størrelsesorden høyere. Derfor er det fullt mulig å komme opp til en watt per Peltier-element, men i ekstrem kulde.
Nå vil viften kobles til via et wattmåler for å se hvor mye nyttig energi som brukes på driften. Enheten viste 6 watt. Hvis det ikke var for denne viften, ville det vært mulig å legge til ytterligere 5-6 watt til kraften til denne termiske generatoren.
For å fortsette forsøket var det planlagt å skru av viften slik at kjøling kunne gjøres ved hjelp av snø. Etter at viften er tilbakestilt, vil radiatoren være tungt dekket av snø. Det skjedde imidlertid en uventet ulykke i eksperimentet. Etter at viften ble fjernet, ble ovnen overopphetet og et av Peltier-elementene sviktet, og smeltet uten avkjøling. Systemet har mistet kontakter. Derfor er viften inne denne enheten nyttig element. For sikkerhets skyld er det nødvendig å bruke beskyttelsesgitter.

Konklusjonen er som følger: ca 1 watt per Peltier-element kan oppnås i god frost. Det er steder, for eksempel Yakutia eller helt nord, hvor temperaturen når minus 50 grader Celsius. Så det vil være enkelt å få 1 watt fra et element. Tenk deg at det er en ovn i en jurte, og bak den er det en vegg på 1 x 2 m Den varme siden er inne i ovnen, og den kalde siden er utenfor, hvor det er frost og vind. Fra en kvadratmeter av slike elementer kan du fjerne opptil 0,5 kilowatt elektrisitet. Det vil si at fra 2 kvadratmeter kan du få opptil én kilowatt strøm.

Slike kraftige ovner basert på elementer produseres i Russland. De kalles "Elektrisk genererende ovn Indigirka". Du kan kjøpe dem i denne butikken, rabattkode 11920924.

Utformingen av en slik termogenerator er ekstremt enkel. 12 av de billigste kinesiske Peltier-elementene klemmes mellom to aluminiumsradiatorer, som skal ha glatte, ideelt polerte overflater. Naturligvis påføres termisk pasta på hver side av termoelementet. Vi vrir radiatorene med bolter og kobler dem med ledninger. Vi fester kjøleren, gjerne en kraftigere. Vel, selve ovnen. Dette er et stykke galvanisert stål, bedre enn rustfritt stål. Festes til den varme radiatoren med bolter. Deretter lages det en bunn med 7-8 mm hull for luftinntak.

Det er en fortsettelse av dette eksperimentet. For å finne den, skriv i nettstedsøket: Luftkjølt Peltier.