Veliko novih električarjev zanima eno zelo priljubljeno vprašanje - kako narediti električno energijo brezplačno in hkrati avtonomno. Zelo pogosto, na primer, ko se odpravite v naravo, katastrofalno primanjkuje vtičnice za polnjenje telefona ali prižiganje svetilke. V tem primeru vam bo pomagal domač termoelektrični modul, sestavljen na osnovi elementa Peltier. S takšno napravo lahko ustvarite tok z napetostjo do 5 voltov, kar je povsem dovolj za polnjenje naprave in priključitev svetilke. Nato vam bomo povedali, kako narediti termoelektrični generator z lastnimi rokami, s preprostim mojstrskim razredom v slikah in z video primerom!

Na kratko o principu delovanja

Da boste v prihodnosti razumeli, zakaj so potrebni nekateri rezervni deli pri sestavljanju domačega termoelektričnega generatorja, se najprej pogovorimo o zgradbi Peltierjevega elementa in njegovem delovanju. Ta modul je sestavljen iz serijsko povezanih termočlenov, ki se nahajajo med keramičnimi ploščami, kot je prikazano na spodnji sliki.

Ko gre taka veriga skozi elektrika, se pojavi tako imenovani Peltierjev učinek - ena stran modula se segreje, druga pa ohladi. Zakaj potrebujemo to? Vse je zelo preprosto, če ravnate v obratnem vrstnem redu: segrejte eno stran plošče in ohladite drugo, v skladu s tem lahko ustvarite električno energijo nizke napetosti in toka. Upamo, da je na tej stopnji vse jasno, zato preidemo na mojstrske tečaje, ki bodo jasno pokazali, kaj in kako narediti termoelektrični generator z lastnimi rokami.

Mojstrski tečaj montaže

Torej, na internetu smo našli zelo podrobno in hkrati preprosta navodila o sestavljanju domačega generatorja električne energije na osnovi peči in Peltierjevega elementa. Za začetek morate pripraviti naslednje materiale:

• Sam element Peltier s parametri: največji tok 10 A, napetost 15 voltov, dimenzije 40 * 40 * 3,4 mm. Označevanje – TEC 1-12710.
• Star napajalnik iz računalnika (od njega je potrebno samo ohišje).
• Stabilizator napetosti z naslednjimi tehničnimi lastnostmi: vhodna napetost 1-5 voltov, izhodna napetost – 5 voltov. To navodilo za sestavljanje termoelektričnega generatorja uporablja modul z izhodom USB, kar bo poenostavilo postopek polnjenja sodobnega telefona ali tablice.
• Radiator. Lahko ga takoj vzamete iz procesorja s hladilnikom, kot je prikazano na fotografiji.
• Termalna pasta.

Ko ste pripravili vse materiale, lahko nadaljujete z izdelavo naprave sami. Da bi vam bilo bolj jasno, kako sami izdelati generator, nudimo mojstrski razred po korakih s slikami in podrobno razlago:

Termoelektrični generator deluje na naslednji način: v kurišče položite les, ga zažgete in počakate nekaj minut, da se ena stran plošče segreje. Za ponovno polnjenje telefona mora biti razlika med temperaturama na različnih straneh približno 100 o C. Če se hladilni del (radiator) segreje, ga je treba ohladiti z vsemi možne metode– nežno ga polijte z vodo, nanj položite skodelico ledu itd.

In tukaj je videoposnetek, ki jasno prikazuje, kako deluje domač električni generator na drva:

Pridobivanje električne energije iz ognja

Računalniški ventilator lahko namestite tudi na hladno stran, kot je prikazano v drugi različici domačega termoelektričnega generatorja s Peltierjevim elementom:

V tem primeru bo hladilnik porabil majhen delež moči generatorskega agregata, vendar bo nastali sistem bolj učinkovit. Poleg polnjenja telefona se lahko Peltierjev modul uporablja kot vir električne energije za LED, kar je enako uporabna možnost za uporabo generatorja. Mimogrede, druga različica domačega termoelektričnega generatorja je po videzu in zasnovi nekoliko podobna. Edina nadgradnja, poleg hladilnega sistema, je možnost nastavitve višine t.i. gorilnika. Da bi to naredil, avtor elementa uporablja "telo" CD-ROM-a (ena od fotografij jasno prikazuje, kako lahko sami naredite dizajn).

Če s to metodo naredite termoelektrični generator z lastnimi rokami, lahko imate na izhodu do 8 voltov napetosti, zato za polnjenje telefona ne pozabite priključiti pretvornika, ki bo na izhodu pustil le 5 V.

No zadnja možnost Domači vir električne energije za dom je lahko predstavljen z naslednjim diagramom: element - dve aluminijasti "opeki", bakrena cev (vodno hlajenje) in gorilnik. Rezultat je učinkovit generator, ki vam omogoča ustvarjanje brezplačne električne energije doma!

DIY Peltierjev element

IN angleški jezik izraz se označuje kot TEC - termoelektrični hladilnik. Peltierjev element "naredi sam" je temperaturno-električni pretvornik, ki deluje na principu temperaturne razlike, ki nastane v trenutku dovoda električnega toka. Ali ga je mogoče sestaviti sam in za kaj ga lahko uporabimo?

DIY Peltierjev element

Napravo je doma skoraj nemogoče izdelati, še posebej, ker glede na nizko tržno vrednost ni preveč smiselna.

Toda večina obrtnikov še vedno raje izdeluje element Peltier z lastnimi rokami, pri čemer navaja številne njegove prednosti:

1. Kompakten, enostaven za namestitev na doma narejen elektronski plato.
2. Ni gibljivih delov, kar podaljšuje njegovo življenjsko dobo.
3. Možnost povezovanja več elementov v kaskadno vezje za znižanje zelo visokih temperatur.

Vendar pa ima DIY Peltier določene pomanjkljivosti: nizko učinkovitost, potrebo po dovajanju velikega toka za doseganje opazne temperaturne razlike in težave pri odvajanju toplotne energije iz ohlajene površine.

Oglejmo si primer diagramov, kako narediti Peltier z lastnimi rokami:

• Uporabite ga kot del termoelektričnega generatorja, v skladu s povezovalno shemo.
• Sestavite preprost pretvornik na čipu L6920 IC (slika 1).

Slika 1. DIY Peltierjev element: univerzalno vezje

1. Na vhod dobljenega pretvornika priključite napetost v območju 0,8–5,5 V, da boste imeli stabilen izhod 5 V.
2. Pri uporabi naprave običajnega tipa nastavite mejno temperaturo ogrevane strani na 150 stopinj.
3. Za kalibracijo kot vir toplote uporabite posodo z vrelo vodo, ki se zagotovo ne bo segrela nad 100 stopinj.

Opis tehnologije in principa delovanja

Način delovanja termoelektričnega hladilnika je precej preprost. DIY Peltierjev učinek temelji na stiku dveh tokovnih vodnikov, ki imata v svojem prevodnem območju različne ravni energije elektronov.

Slika 2. Princip delovanja elementa

Ko skozi takšno vez teče električni tok, elektron pridobi visoko energijo, kar mu omogoči, da se premakne v prevodni pas z višjo energijo drugega polprevodnika. Ko se ta energija absorbira, se pojavi območje hlajenja vodnikov (slika 2).

Ko se proces odvija v nasprotni smeri, reakcija vodi do segrevanja kontaktnega območja in običajnega toplotnega učinka.

Po ogledu videoposnetka Peltier z lastnimi rokami lahko naredite določene zaključke o načelu njegovega delovanja:

1. Količina dovedenega toka bo sorazmerna s stopnjo hlajenja - če je na eni strani modula narejen dober odvod toplote, bo pri uporabi radiatorskih tokokrogov njegova hladna stran zagotavljala najnižjo možno temperaturo.
2. Ko se polarnost toka spremeni, grelna in hladilna ravnina zamenjata strani.
3. Ko predmet pride v stik s kovinsko površino, postane tako majhen, da ga ni mogoče videti v ozadju ohmičnega segrevanja ali drugih učinkov toplotne prevodnosti, zato se v praksi uporabljata dva polprevodnika.
4. Zahvaljujoč raznolikemu številu termočlenov - od 1 do 100, je mogoče doseči skoraj vsako hladilno zmogljivost.

Tehnične značilnosti Peltierjevega elementa

Komponenta se pogosto uporablja v različnih hladilnih krogih.

Kar ni presenetljivo, saj ima peltier "naredi sam" naslednje tehnične lastnosti:

1. Sposobnost doseganja nizkih temperatur, kar je odlična rešitev za hlajenje električnih naprav in opreme, ki je izpostavljena segrevanju.
2. Popolnoma opravlja delo običajnega hladilnika, kar omogoča vgradnjo v sodobne zvočne in akustične sisteme.
3. Popolnoma tih - med delovanjem ne oddaja nobenih tujih ali intenzivnih zvokov.
4. Ima močan prenos toplote, hkrati pa ohranja želeno temperaturo na radiatorju precej dolgo.

Naredi sam hladilnik s Peltierjevimi elementi

Za montažo hladilne enote boste potrebovali zadostno število električnih vodnikov in posebno orodje (slika 3).

DIY Peltierjev hladilnik zahteva poseben pristop k montaži in uporabljenim materialom:

1. Osnova za desko naj bo trpežna keramika;
2. Za maksimalno temperaturno razliko je treba pripraviti vsaj 20 priključkov;
3. Pravilni izračuni so ključ do povečanja učinkovitosti za 70 %;
4. Freon bo zagotovil največjo moč uporabljene opreme;
5. Domači modul je nameščen v bližini njegovega uparjalnika, poleg motorja;
6. Namestitev se izvede s standardnim naborom orodij z uporabo tesnil;
7. Potrebni so za izolacijo delovnega modela od zagonskega releja;
8. Izolacija bo potrebna tudi za samo ožičenje, preden ga priključite na kompresor;
9. Izogniti se kratek stik, jakost končne napetosti kliče tester.

Slika 3. S pomočjo Peltierjevega elementa lahko preprosto sestavite hladilnik za kampiranje

Podobno shemo lahko uporabite za avtomobilski hladilnik. Avtomobilski hladilnik Peltier je sestavljen z lastnimi rokami na keramični plošči debeline najmanj 1 milimetra. Uporablja bakrene nemodularne priključke s kapaciteto 4A in uporablja vodnike z oznako “PR20”, primerne za kontakte različni tipi. Za priključitev naprave na kondenzator uporabite običajen spajkalnik.

DIY klimatska naprava Peltier

V tem primeru se za izdelek lahko uporabljajo samo vodniki tipa “PR12” (slika 4).

Naredi sam Peltier klimatske naprave so sestavljene samo na njih, saj lahko prenesejo nenormalne temperature in proizvajajo napetosti do 23 V:

1. Uporablja se predvsem za hlajenje računalniških video kartic.
2. Njegov upor niha znotraj 3 ohmov.
3. Temperaturna razlika je 10 stopinj, izkoristek pa 65%.
4. Potrebuje 14 bakrenih vodnikov.
5. Za povezavo se uporablja nemodularni adapter.
6. Naprava je nameščena poleg vgrajenega hladilnika na video kartici.
7. Konstrukcija je pritrjena s kovinskimi vogali in navadnimi maticami.

Slika 4. Element se uporablja tudi za izdelavo prenosnih klimatskih naprav

Če med delovanjem klimatske naprave opazimo močan tuji hrup ali druge neznačilne zvoke, se njeno delovanje preveri z multimetrom.

DIY Peltierjev generator

Takšne naprave ni tako težko sestaviti sami. DIY Peltierjev generator ima svoje značilnosti: zmogljivost sestavljene naprave se poveča za 10% zaradi večjega hlajenja motorja, vendar ni priporočljivo segrevati glavnih komponent na več kot 200 stopinj. Naprava zdrži največja obremenitev pri 30A, njegov upor pa je zaradi večjega števila vodnikov lahko 4 Ohme (slika 5).

Ne smemo pozabiti, da generator na osnovi elementov Peltier z lastnimi rokami:

1. Ima temperaturno odstopanje v sistemu približno 13 stopinj.
2. V večini primerov montaže in demontaže konstrukcije stator ne moti njih.
3. Modul je pritrjen neposredno na rotor, za kar morate odklopiti centralno gred.
4. Da bi se izognili segrevanju navitja rotorja iz induktorja, je treba uporabiti keramične plošče.

Slika 5. Peltierjev element bo pomagal ustvariti generator za kampiranje

DIY Peltierjev generator toplote je sestavljen iz dveh plošč 10*10cm, debeline 1mm, pritrjenih s termalno pasto, ki pokrivata štiri zahtevane module. Na njih je postavljena pločevinka ali katera koli druga posoda za vžig ognja, ki bo zagotovil 170-180 stopinj. Na dno ene od plošč je z vijaki pritrjen bakreni ali aluminijasti radiator. Nanjo je pritrjena še ena plošča 20*12cm, na katero se pritrdi še en tak del. Na njem je nameščeno tovarniško izdelano ohišje baterije, na katero je prispajan konektor za polnjenje pametnega telefona.

DIY Peltierjev razvlaževalec zraka

Za razliko od iste klimatske naprave je izvedba te ideje popolnoma upravičena. DIY Peltier sušilnik ima preprosto zasnovo in nizke stroške, njegov hladilni modul pa zniža temperaturo radiatorja pod rosišče, kar vodi do usedanja vlage v zraku, ki prehaja skozi napravo. Nato se usedla voda pošlje v poseben rezervoar (slika 6).

Kljub nizki učinkovitosti lahko učinkovitost takšne naprave imenujemo povsem zadovoljiva.

Peltierjev razvlaževalec zraka naredi sam:

1. Povezuje se brez težav - izhodne žice so priložene stalen pritisk, katerega vrednost je podana v podatkovnem listu.
2. Ima standardno polariteto - rdeča žica gre na plus, črna žica na minus; če se zmešata, bosta ohlajeni in ogrevani površini zamenjali mesta.
3. Preverja se taktilno - ko je priključen na vir napetosti, bo ena stran hladna, druga pa topla.
4. Če v bližini ni tokovnega vira, priključimo sonde na sponke modula in na eno od strani prinesemo prižgano vžigalico ali vžigalnik in opazujemo odčitke naprave.

Slika 6. Diagram montaže sušilnika zraka

Kako povezati Peltier elemente na modul

Če govorimo o preprostem regulatorju, ne bi smelo biti težav pri povezovanju, če obstaja vezje. DIY Peltierjev modul je sestavljen iz dveh kovinskih plošč in ožičenja s kontakti. Za namestitev so pripravljeni vodniki "PP" in nameščeni na dnu. Za nadzor temperaturnega režima se na izhodu uporabljajo polprevodniki. Za sestavljanje vseh komponent uporabite spajkalnik srednje moči. Nazadnje povežite dve žici, skozi katere teče električni tok.

Modul DIY Peltier ima naslednje nianse povezave:

1. Prva prevodna žica je nameščena na spodnji podlagi konstrukcije.
2. Pritrjen je blizu najbolj zunanje prevodne povezave.
3. V tem primeru se izogibajte stiku s kovinskimi deli.
4. Nato je v zgornjem delu pritrjena druga taka napeljava.
5. Pritrjen je na enak način kot prejšnji.

Testiranje samosestavljenega Peltierjevega modula

Glede na enostavnost montaže izdelava naprave ni težka. Preizkušanje Peltierjevega elementa iz diod z lastnimi rokami, tako kot kateri koli drug, tudi ni težko. Glavna stvar v začetnih fazah je uporaba pravih materialov - pripravite dve kovinski plošči in ožičenje potrebne kontakte, polprevodniki z oznako "PP". Vse lahko preverite za uporabnost z multimetrom ali navadnim testerjem, diode pa morajo svetiti, ko je naprava povezana z omrežjem.

S preprostimi napravami lahko izkoristite izgubo toplote zaradi ogrevanja zraka ali tekočin. V tem članku vam bomo povedali, kako uporabiti odpadno energijo peči, kotlov in odprtega ognja in jo pretvoriti v enosmerni električni tok nizke moči.

Vsak kemični proces se pojavi s sproščanjem različnih vrst energije. Tako močan vir, kot je zgorevanje, je bil uporabljen ves čas. Lahko ga imenujemo primarni vir toplote in svetlobe. Skoraj vse snovi na Zemlji gorijo, pri tem pa sproščajo toploto in svetlobo v različnih količinah. Pretvarjanje toplotne energije v električno ni težavno, če imate pri roki delujočo parno turbino, podobno tistim, ki so vgrajene v termoelektrarnah. To je obsežna in zapletena naprava, ki verjetno ne bo našla mesta v kotlovnici. Podeželska hiša. Poskušali bomo izkoristiti toploto, ki nastane pri ogrevanju s pečmi ali ogrevanjem vode.

Peltierjev učinek je pojav temperaturne razlike med interakcijo dveh termočlenov različne vrste vodnike (p- in n-tip), ko skoznje teče enosmerni tok. Seebeckov učinek je posledica Peltierjevega učinka, ko se pri segrevanju enega od termočlenov ustvari električni tok. Ne bomo podrobno opisovali termodinamike procesa - te težko razumljive informacije je mogoče zlahka najti v referenčni literaturi. Zanima nas rezultat in možnosti za njegovo praktično uporabo.

Zasnova termoelektričnega modula

Termoelektrični modul (TEM) je sestavljen iz številnih termoelementov, ki so med seboj povezani z bakreno ploščo. Polje termočlena je prilepljeno med dve keramični plošči. Takšen modul je mogoče sestaviti samo v tovarniškem okolju. Vendar pa lahko doma sestavite več TEM za svoje potrebe. Peltier-Seebeckovi elementi so na voljo v prosti prodaji v specializiranih prodajalnah (in na spletnih straneh) za prodajo tehnološke opreme.

Sestavljanje 5 V TEM

Kaj boste potrebovali:

• Peltierjev modul TEC1-12705 (40x40) - 2 kos.;
• ojačevalni enosmerni napetostni pretvornik EK-1674;
• duraluminijska plošča debeline 3 mm;
• posoda za vodo s popolnoma ravnim dnom (zajemalka);
• vroče lepilo;
• spajkalnik

Iz lista duraluminija smo izrezali dve enaki plošči, nekoliko večji od dveh modulov, ki ležita drug poleg drugega. Plošče na modulih utrdimo na obeh straneh z vročim lepilom. Nastali "sendvič" pritrdimo (z vročim lepilom) na dno zajemalke. To zasnovo lahko že zažgemo, vendar bomo na izhodu dobili neuporabnih 1,5 V. Za izboljšanje zmogljivosti potrebujemo ojačevalni pretvornik, ki ga spajkamo v vezje. Povečal bo napetost na 5 V, kar je že dovolj za polnjenje mobilnega telefona.

Pozor! Pretvornik ima dimenzije 1,5 x 1,5 cm, če nimate strokovnih znanj, zaupajte spajkanje strokovnjaku.

Temperaturno razliko v naši izvedbi dobimo s segrevanjem ene strani (iz peči ali plamena) in hlajenjem druge (voda v zajemalki). Seveda, večja ko je razlika, tem delati bolj učinkovito modul. Zato je za delovanje v načinu mikrogeneratorja potrebna razmeroma nizka temperatura vode v zajemalki (bolje jo je občasno zamenjati). Za ustvarjanje zaželenih 5 V je dovolj, da strukturo postavite na kozarec z gorečo svečo.

S proporcionalnim združevanjem več modulov dobimo učinkovitejši sistem pridobivanja energije. Skladno s tem s povečanjem strukture sorazmerno povečamo toplotni izmenjevalec. V tem primeru mora biti površina, ki jo želite ohladiti, v celoti prekrita s posodo z vodo (najenostavnejša in najbolj dostopna možnost).

Vse je tako preprosto, da takoj začutite željo, da bi sestavili več modulov v en sistem in iz ognja ustvarili 220 V. In nato priključite oljni grelnik ali klimatsko napravo. Takšna preprost sistem ima svoje pomanjkljivosti, glavna pa je nizka učinkovitost. Običajno ta številka ne presega 5%. Posledica tega je relativno nizek tok 0,5 - 0,8 A in zelo nizka moč - do 4 W.

Za črpalko ali žarnico je to zanemarljivo, a povsem dovolj za:

• polnjenje akumulatorjev do motornih akumulatorjev (v variantah sorazmerno zahtevam);
• Delovanje svetilk s svetlečimi diodami (LED);
• radijski sprejemnik

Pozimi bo sistem, nameščen na zunanji vir toplote, deloval čim bolj učinkovito.

Stroški materiala za montažo 5V termoelektričnega mikrogeneratorja:

*- ta model artikel je bil izbran zaradi cene. Paleta TEM dobaviteljev je precej široka, kar vam omogoča, da izberete bolj produktivne (do 8 V) modele (so bistveno dražji).

Tovarniško izdelani izdelki te zasnove se šele začenjajo pojavljati v prodaji. Serijska proizvodnja poteka v majhnih serijah, obseg pa je majhen. Stroški takšnega "vedra" se začnejo pri 2500 rubljev.

Tovarniški toplotni generator je naprava, ki temelji na Peltier-Seebeckovem učinku, ki jo je mogoče pritrditi neposredno na ogrevano površino. Od zgoraj opisanega dizajna ga loči tovarniška izvedba (in s tem zanesljivost), odsotnost tekočega toplotnega izmenjevalnika (namesto njega so rebra za zračno hlajenje) in višja cena.

Standardni "potujoči" termogenerator ima naslednje značilnosti:

Kot je razvidno iz tabele, tovarniška zanesljivost in uporabnost nista poceni. Vendar pa ni mogoče reči, da je funkcionalno boljši od domače različice z vedrom. Impresivnih 13,5 V bo pospešilo polnjenje vašega mobilnega telefona, a za to boste morali na pohod nositi s seboj 2 kg teže, kar je (glede na velikost naprave) nedopusten luksuz. In seveda cena da misliti. S to količino lahko sestavite ne "termo zajemalko", temveč "termo ponev" in enostavno napolnite svoj prenosnik. In še en odtenek - naprava še vedno zahteva pritrditev na kovinsko ploščo, če uporabljate odprti ogenj.

Na splošno je to prijeten in priročen dodatek za tiste, ki nimajo težav z denarjem in prosti prostor v prtljažniku.

Energijska peč

Danes je energetska peč apoteoza uporabe TEM v vsakdanjem življenju. To je tovarniški izdelek, v bistvu kurišče "lončka" za katero koli vrsto trdega goriva z integriranim termoelektričnim modulom. Popolna možnost za lovske koče, poletne koče, oddaljena prezimovališča in nasploh kakršno koli življenje daleč od civilizacije. Zasnovan za avtonomno uporabo (brez perifernih hladilnih teles), ima samo kurišče in dimnik. Vključuje pripravo hrane. Ta peč je opremljena z največ močni elementi Peltier-Seebeck.

Lastnosti energetskih peči:

Čeprav je štedilnik prenosljiv, zagotovo spada med »super težke kategorije«. gospodinjski aparati. Vendar pa je obseg nalog za energetsko peč precej širok - lahko celo polni avtomobilski akumulatorji, osvetlite celotne prostore z LED svetilkami. Zanj je prostor v ekspedicijskem konvoju in v lovskem terenskem vozilu, v tehnični sobi in na deželi. Povedano drugače, v tem primeru imamo vir toplote vedno pri sebi, vse kar moramo storiti je, da poiščemo gorivo.

V svoji niši je energetska peč nepogrešljiva, čeprav je življenjska doba, ki jo je navedel proizvajalec, nekoliko zaskrbljujoča - 10 let. Treba je opozoriti, da tako kot pri termogeneratorju obstaja možnost preventivne (ali nujne) zamenjave vseh delov do ohišja.

Termoelektrični moduli so izjemno zanimivi objekti. Poleg opisanih načinov uporabe se uporabljajo tudi za vodo in klimatizacijo. V tem primeru je dobavljen isti element D.C. in deluje "v obratni smeri" - hladi zrak. Ta tehnologija se uspešno uporablja v avtomobilskih klimatskih napravah in vodnih hladilnikih, v avtomobilski industriji in pri proizvodnji mikroprocesorjev. Te naprave bomo opisali v naslednjem članku.

Vitalij Dolbinov, rmnt.ru

Hladilna oprema je tako trdno vstopila v naša življenja, da si je težko predstavljati, kako bi lahko brez nje. Toda klasične izvedbe hladilnih sredstev niso primerne za mobilna uporaba, na primer kot potovalna hladilna torba.

V ta namen se uporabljajo naprave, katerih princip delovanja temelji na Peltierjevem učinku. Na kratko spregovorimo o tem pojavu.

Kaj je to?

Ta izraz se nanaša na termoelektrični pojav, ki ga je leta 1834 odkril francoski naravoslovec Jean-Charles Peltier. Bistvo učinka je sproščanje ali absorpcija toplote v območju stika raznovrstnih vodnikov, skozi katere poteka električni tok.

V skladu s klasično teorijo obstaja naslednja razlaga pojava: električni tok prenaša elektrone med kovinami, ki lahko pospešijo ali upočasnijo njihovo gibanje, odvisno od kontaktne potencialne razlike v vodnikih iz različnih materialov. V skladu s tem se s povečanjem kinetične energije pretvori v toplotno energijo.

Na drugem prevodniku opazimo obratni proces, ki zahteva obnavljanje energije v skladu s temeljnim zakonom fizike. To se zgodi zaradi toplotnih vibracij, ki povzročijo hlajenje kovine, iz katere je izdelan drugi prevodnik.

Sodobne tehnologije omogočajo izdelavo polprevodniških elementov-modulov z največjim termoelektričnim učinkom. Smiselno je na kratko govoriti o njihovi zasnovi.

Zasnova in princip delovanja

Sodobni moduli so konstrukcija, sestavljena iz dveh izolacijskih plošč (običajno keramičnih), med katerimi sta serijsko povezana termočlena. Poenostavljen diagram takega elementa je na spodnji sliki.

Oznake:

• A – kontakti za priključitev na vir napajanja;
• B – vroča površina elementa;
• C – hladna stran;
• D – bakreni vodniki;
• E – polprevodnik na osnovi p-spojnice;
• F – polprevodnik tipa n.

Zasnova je narejena tako, da je vsaka stran modula v stiku bodisi p-n oz n-p prehodi(odvisno od polarnosti). Kontakti p-n segreje, n-p – ohladi (glej sliko 3). Skladno s tem nastane temperaturna razlika (DT) na straneh elementa. Za opazovalca bo ta učinek videti kot prenos toplotne energije med stranicami modula. Omeniti velja, da sprememba polarnosti napajanja povzroči spremembo vročih in hladnih površin.

riž. 3. A – vroča stran termoelementa, B – hladna stran

Specifikacije

Lastnosti termoelektričnih modulov opisujejo naslednji parametri:

• hladilna zmogljivost (Q max), ta karakteristika je določena na podlagi največjega dovoljenega toka in temperaturne razlike med stranicama modula, merjeno v vatih;
• največja temperaturna razlika med stranicami elementa (DT max), parameter je podan za idealne pogoje, merska enota je stopinje;
• dovoljeni tok, potreben za zagotovitev največje temperaturne razlike – I max;
• največja napetost U max, ki je potrebna, da tok I max doseže vršno razliko DT max;
• notranji upor modula – upor, naveden v Ohmih;
• koeficient učinkovitosti - COP (okrajšava iz angleščine - coefficient of performance), v bistvu je to učinkovitost naprave, ki kaže razmerje med hlajenjem in porabo energije. Za poceni elemente je ta parameter v območju 0,3-0,35, za dražje modele pa se približuje 0,5.

Označevanje

Poglejmo, kako so dešifrirane tipične oznake modulov na primeru slike 4.

Slika 4. Peltierjev modul z oznako TEC1-12706

Označevanje je razdeljeno v tri pomenske skupine:

1. Oznaka elementa. Prvi dve črki sta vedno nespremenjeni (TE), kar pomeni, da gre za termoelement. Naslednja označuje velikost, lahko sta črki "C" (standardna) in "S" (majhna). Zadnja številka označuje, koliko plasti (kaskade) je v elementu.
2. Število termočlenov v modulu, prikazanem na fotografiji, je 127.
3. Nazivni tok je v amperih, pri nas je 6 A.

Oznake drugih modelov serije TEC1 se berejo na enak način, na primer: 12703, 12705, 12710 itd.

Aplikacija

Kljub precej nizki učinkovitosti se termoelektrični elementi pogosto uporabljajo v merilnih, računalniških in gospodinjskih aparatih. Moduli so pomemben delovni element naslednjih naprav:

• mobilne hladilne enote;
• majhni generatorji za proizvodnjo električne energije;
• hladilni sistemi v osebnih računalnikih;
• Hladilniki za hlajenje in ogrevanje vode;
• razvlaževalniki itd.

Navedimo podrobne primere uporabe termoelektričnih modulov.

Hladilnik z elementi Peltier

Termoelektrične hladilne enote so bistveno slabše od kompresorskih in absorpcijskih analogov. Vendar imajo pomembne prednosti, zaradi česar je njihova uporaba priporočljiva pod določenimi pogoji. Te prednosti vključujejo:

• enostavnost oblikovanja;
• odpornost na vibracije;
• odsotnost gibljivih elementov (razen ventilatorja, ki piha radiator);
• nizka raven hrupa;
• majhne dimenzije;
• sposobnost dela v katerem koli položaju;
• dolga življenjska doba;
• nizka poraba energije.

Te lastnosti so idealne za mobilne instalacije.

Peltierjev element kot generator električne energije

Termoelektrični moduli lahko delujejo kot generatorji električne energije, če je ena od njihovih strani izpostavljena prisilnemu segrevanju. Večja kot je temperaturna razlika med stranicama, večji je tok, ki ga ustvari vir. Na žalost je najvišja temperatura za toplotni generator omejena in ne sme biti višja od tališča spajke, uporabljene v modulu. Kršitev tega pogoja bo povzročila okvaro elementa.

Za množično proizvodnjo toplotnih generatorjev se uporabljajo posebni moduli z ognjevzdržno spajko, ki jih je mogoče segreti na temperaturo 300 °C. V običajnih elementih, na primer TEC1 12715, je meja 150 stopinj.

Ker je izkoristek takšnih naprav nizek, se uporabljajo le v primerih, ko ni mogoče uporabiti učinkovitejšega vira električne energije. Vendar pa so toplotni generatorji 5-10 W povprašeni med turisti, geologi in prebivalci oddaljenih območij. Velike in močne stacionarne naprave, ki jih poganja visokotemperaturno gorivo, se uporabljajo za napajanje distribucijskih naprav za plin, opreme meteoroloških postaj itd.

Za hlajenje procesorja

Relativno nedavno so se ti moduli začeli uporabljati v hladilnih sistemih procesorjev osebni računalniki. Glede na nizko učinkovitost termoelementov so koristi takšnih struktur precej dvomljive. Na primer, za hlajenje 100-170 W vira toplote (ustreza večini sodobni modeli CPU), boste morali porabiti 400-680 W, kar zahteva namestitev močnega napajalnika.

Druga past je, da bo neobremenjen procesor sprostil manj toplotne energije, modul pa ga lahko ohladi pod rosišče. Posledično se bo začela tvoriti kondenzacija, ki bo zagotovo poškodovala elektroniko.

Tisti, ki se odločijo za samostojno ustvarjanje takega sistema, bodo morali izvesti vrsto izračunov, da bodo izbrali moč modula za določen model procesorja.

Na podlagi zgoraj navedenega uporaba teh modulov kot hladilnega sistema procesorja ni stroškovno učinkovita, poleg tega lahko povzročijo okvaro računalniška oprema izven službe.

Povsem drugače je pri hibridnih napravah, kjer se termični moduli uporabljajo v povezavi z vodnim ali zračnim hlajenjem.

Hibridni hladilni sistemi so dokazali svojo učinkovitost, vendar visoki stroški omejujejo krog njihovih oboževalcev.

Klimatska naprava na osnovi Peltierjevih elementov

Teoretično bo takšna naprava konstrukcijsko precej enostavnejša od klasičnih klimatskih sistemov, a vse se spušča v nizko zmogljivost. Ena stvar je ohladiti majhno prostornino hladilnika, druga pa prostor ali notranjost avtomobila. Klimatske naprave vklopljene termoelektrični moduli bo porabil več električne energije (3-4 krat) kot oprema, ki deluje na hladilno sredstvo.

Glede uporabe kot avtomobilski sistem klimatska naprava, potem moč standardnega generatorja ne bo zadostovala za delovanje takšne naprave. Zamenjava z učinkovitejšo opremo bo povzročila znatno porabo goriva, kar ni stroškovno učinkovito.

Na tematskih forumih se občasno pojavljajo razprave o tej temi in se obravnavajo različni domači modeli, vendar še ni bil ustvarjen polnopravni delovni prototip (če ne štejemo klimatske naprave za hrčka). Povsem možno je, da se bo situacija spremenila, ko bodo moduli s sprejemljivejšo učinkovitostjo postali širši dostopni.

Za hladilno vodo

Termoelektrični element se pogosto uporablja kot hladilno sredstvo za vodne hladilnike. Zasnova vključuje: hladilni modul, krmilnik s termostatom in grelec. Ta izvedba je veliko enostavnejša in cenejša kot kompresorsko vezje, poleg tega pa je bolj zanesljiva in lažja za uporabo. Obstajajo pa tudi določene pomanjkljivosti:

• voda se ne ohladi pod 10-12 ° C;
• hlajenje traja dlje kot njegov kompresorski primerek, zato tak hladilnik ni primeren za pisarno s velik znesek delavci;
• naprava je občutljiva na zunanjo temperaturo, v topli sobi se voda ne ohladi na minimalno temperaturo;
• Namestitev v prašnih prostorih ni priporočljiva, saj se lahko zamaši ventilator in okvari hladilni modul.

Namizni vodni hladilnik s Peltierjevim elementom

Sušilnik zraka na osnovi Peltierjevih elementov

Za razliko od klimatske naprave je izvedba razvlaževalnika s termoelektričnimi elementi povsem možna. Zasnova je precej preprosta in poceni. Hladilni modul zniža temperaturo radiatorja pod rosišče, posledično se na njem usede vlaga, ki jo vsebuje zrak, ki prehaja skozi napravo. Usedena voda se odvaja v poseben rezervoar.

Kljub nizki učinkovitosti je v tem primeru učinkovitost naprave povsem zadovoljiva.

Kako se povezati?

Pri priključitvi modula ne bo težav, na izhodne žice je treba uporabiti konstantno napetost, njena vrednost je navedena v podatkovnem listu elementa. Rdeča žica mora biti priključena na plus, črna žica na minus. Pozor! Z zamenjavo polaritete se obrnejo položaji ohlajenih in ogrevanih površin.

Kako preveriti funkcionalnost Peltierjevega elementa?

Najenostavnejši in zanesljiv način– otipljivo. Modul je treba priključiti na ustrezen vir napetosti in se dotakniti njegovih različnih strani. Za delovni element bo eden od njih toplejši, drugi hladnejši.

Če pri roki nimate ustreznega vira, boste potrebovali multimeter in vžigalnik. Postopek preverjanja je precej preprost:

1. priključite sonde na sponke modula;
2. prižgani vžigalnik prinesite na eno od strani;
3. Opazujemo odčitke naprave.

V delovnem modulu se pri segrevanju ene od stranic ustvari električni tok, ki se prikaže na zaslonu naprave.

Kako narediti element Peltier z lastnimi rokami?

Skoraj nemogoče je narediti domač modul doma, še posebej, ker to nima smisla, glede na relativno nizke stroške (približno 4-10 $). Lahko pa sestavite napravo, ki bo uporabna na pohodu, na primer termoelektrični generator.

Za stabilizacijo napetosti je potrebno sestaviti preprost pretvornik na čipu L6920 IC.

Na vhod takega pretvornika se napaja napetost v območju 0,8-5,5 V; na izhodu bo proizvedla stabilnih 5 V, kar je povsem dovolj za polnjenje večine mobilne naprave. Pri uporabi običajnega Peltierjevega elementa je treba temperaturno območje delovanja ogrevane strani omejiti na 150 °C. Da bi se izognili težavam s sledenjem, je bolje, da kot vir toplote uporabite lonec z vrelo vodo. V tem primeru je zagotovljeno, da se element ne segreje nad 100 °C.

Najboljši čas za obratovanje termogeneratorja na osnovi Peltierjevih elementov je seveda zima. Ker morajo biti dobro ohlajeni, da sploh kaj dobijo.

V poskusu testiranja močnega generatorja je bilo uporabljenih 12 modulov TEC1-12706 Peltier. Najcenejši in najbolj priljubljeni se prodajajo v tej kitajski trgovini. Za to obstaja hladilni hladilnik.

Hlajenje v prikazanem primeru je zagotavljal ventilator z močjo 5,4 W in 12 V.

Kaj je Peltierjev element, kakšne so njegove značilnosti, kako deluje in zasnova delovnih modelov, je opisano v več člankih na naši spletni strani, ki jih lahko preprosto najdete v priročni iskalni vrstici.

Namen eksperimenta je ugotoviti, kakšno največjo moč lahko proizvede najcenejši kitajski termočlen v zimski sezoni.
Torej, z začetkom poskusa je bila peč prižgana, ko se je drva malo razplamtela, je začel delovati termogenerator in ventilator. Hladi hladno stran termočlenov. Shema je preprosta. Na koncu videa je prikazano, kako se sestavi takšen termogenerator.

Med poskusom bo dosežena največja napetost odprtega tokokroga tega generatorja. Nato se bo s potenciometrom ta napetost zmanjšala natanko za polovico. To izravna upor generatorja in upor obremenitve. Potem se enaka količina moči razprši v generatorju in v bremenu. To bo dalo 50 odstotkov moči oziroma izkoristek 50 % oddane moči. To ustreza le 50-odstotni učinkovitosti. Toda izhod takšne moči bo v tem razmerju največji. Največji prenos moči pa je dosežen le pri tem razmerju!
Ko se peč segreje, se poveča napetost, ki jo proizvaja električni generator. Ventilator se je pospešil, gre za dokaj močan ventilator z močjo 5,5 W. Zato bo del moči vzela sebi. Moč, ki bo zdaj določena, bo koristna moč. Napetost se ne dvigne nad 26 voltov. Priklopimo potenciometer in začnemo dodajati upor.

Zdaj postopoma povečamo napetost na 13 voltov. Zabeležena moč je bila 9 vatov. Med nastavitvami se je generator segrel in moč je padla za 1,5 W.
Za kratek čas nam je uspelo doseči 9 vatov. Potem pa je moč padla in se ustavila pri okoli 7,5 vatih. Toda ta številka je ostala stabilna. Ta moč je dovolj za polnjenje katerega koli telefona, pametnega telefona ali tablice.

Iz 12 Peltierjevih elementov dobimo 0,5 vata ali več na element. Pri temperaturi zraka nič stopinj je to dober pokazatelj za hlajenje zraka. Pri temperaturi -20 bi bil rezultat za red velikosti višji. Zato je povsem mogoče dobiti celo do en vat na Peltierjev element, vendar v ekstremnem mrazu.
Zdaj bo ventilator priključen preko vatmetra, da bi videli, koliko koristne energije se porabi za njegovo delovanje. Naprava je pokazala 6 vatov. Če ne bi bilo tega ventilatorja, bi bilo možno dodati še 5-6 vatov moči tega toplotnega generatorja.
Za nadaljevanje poskusa je bilo načrtovano, da se ventilator izklopi, da se lahko hlajenje izvaja s snegom. Po ponastavitvi ventilatorja bo radiator močno prekrit s snegom. Vendar se je v poskusu zgodila nepričakovana nesreča. Po odstranitvi ventilatorja se je peč pregrela in odpovedal je eden od Peltierjevih elementov, ki se je stopil brez ohlajanja. Sistem je izgubil stike. Zato je ventilator uporaben element v tej napravi. Zaradi varnosti je potrebna uporaba zaščitnih rešetk.

Zaključek je naslednji: v dobri zmrzali je mogoče dobiti približno 1 vat na Peltierjev element. Obstajajo kraji, na primer Jakutija ali skrajni sever, kjer temperature dosežejo minus 50 stopinj Celzija. Tako bo enostavno pridobiti 1 vat iz elementa. Predstavljajte si, da je v jurti peč, za njo pa je stena velikosti 1 x 2 m. Topla stran je znotraj peči, hladna pa zunaj, kjer sta mraz in veter. Iz enega kvadratnega metra takih elementov lahko odstranite do 0,5 kilovata električne energije. To pomeni, da iz 2 kvadratnih metrov lahko dobite do en kilovat električne energije.

Tako močne peči na osnovi elementov se proizvajajo v Rusiji. Imenujejo se "električna peč Indigirka". Kupite jih lahko v tej trgovini, koda za popust 11920924.

Zasnova takšnega termogeneratorja je izjemno preprosta. 12 najcenejših kitajskih Peltierjevih elementov je vpetih med dva aluminijasta radiatorja, ki morata imeti gladke, idealno polirane površine. Seveda se termalna pasta nanese na vsako stran termoelementa. Radiatorje zasukamo z vijaki in jih povežemo z žicami. Pritrdimo hladilnik, po možnosti močnejšega. No, sama peč. To je kos pocinkanega jekla, boljši od nerjavečega jekla. Na vroč radiator se pritrdi z vijaki. Nato se naredi dno z luknjami 7-8 mm za dovod zraka.

Obstaja nadaljevanje tega poskusa. Če ga želite najti, v iskalnik po spletnem mestu napišite: Air-cooled Peltier.