Elementi Peltier o elettricità gratuita da un incendio. Come realizzare un termogeneratore Peltier con le tue mani

Gli impianti di refrigerazione sono diventati così saldamente radicati nelle nostre vite che è persino difficile immaginare come potremmo farne a meno. Ma i classici design dei refrigeranti non sono adatti per l’uso mobile, ad esempio come borsa frigo da viaggio.

A questo scopo vengono utilizzati impianti il ​​cui principio di funzionamento si basa sull'effetto Peltier. Parliamo brevemente di questo fenomeno.

Cos'è?

Con questo termine si fa riferimento ad un fenomeno termoelettrico scoperto nel 1834 dal naturalista francese Jean-Charles Peltier. L'essenza dell'effetto è il rilascio o l'assorbimento di calore nell'area in cui sono in contatto conduttori diversi attraverso i quali passa la corrente elettrica.

Secondo la teoria classica, il fenomeno si spiega nel seguente modo: la corrente elettrica trasferisce elettroni tra i metalli, che possono accelerare o rallentare il loro movimento, a seconda della differenza di potenziale di contatto tra conduttori di materiali diversi. Di conseguenza, con l'aumento dell'energia cinetica, viene convertita in energia termica.

Sul secondo conduttore si osserva un processo inverso, che richiede il rifornimento di energia, secondo la legge fondamentale della fisica. Ciò avviene a causa della vibrazione termica, che provoca il raffreddamento del metallo di cui è costituito il secondo conduttore.

Le moderne tecnologie consentono di produrre elementi-moduli semiconduttori con il massimo effetto termoelettrico. Ha senso parlare brevemente del loro design.

Progettazione e principio di funzionamento

I moduli moderni sono una struttura costituita da due piastre isolanti (solitamente in ceramica), con termocoppie collegate in serie tra di loro. Uno schema semplificato di tale elemento può essere trovato nella figura seguente.

Designazioni:

• A – contatti per il collegamento ad una fonte di alimentazione;
• B – superficie calda dell'elemento;
• C – lato freddo;
• D – conduttori in rame;
• E – semiconduttore basato sulla giunzione p;
• F – semiconduttore di tipo n.

Il design è realizzato in modo tale che ciascun lato del modulo sia in contatto con giunzioni p-n o n-p (a seconda della polarità). I contatti p-n vengono riscaldati, i contatti n-p vengono raffreddati (vedere Fig. 3). Di conseguenza, sui lati dell'elemento si verifica una differenza di temperatura (DT). Ad un osservatore, questo effetto sembrerà un trasferimento di energia termica tra i lati del modulo. È interessante notare che la modifica della polarità dell'alimentazione porta a un cambiamento nelle superfici calde e fredde.

Riso. 3. A – lato caldo del termoelemento, B – lato freddo

Specifiche

Le caratteristiche dei moduli termoelettrici sono descritte dai seguenti parametri:

• capacità di raffreddamento (Q max), questa caratteristica è determinata in base alla corrente massima consentita e alla differenza di temperatura tra i lati del modulo, misurata in Watt;
• massima differenza di temperatura tra i lati dell'elemento (DT max), il parametro è dato per condizioni ideali, l'unità di misura è gradi;
• corrente ammissibile richiesta per garantire la massima differenza di temperatura – I max;
• la tensione massima U max necessaria affinché la corrente I max raggiunga la differenza di picco DT max ;
• resistenza interna del modulo – Resistenza, indicata in Ohm;
• coefficiente di efficienza - COP (abbreviazione dall'inglese - coefficiente di prestazione), essenzialmente questa è l'efficienza del dispositivo, che mostra il rapporto tra raffreddamento e consumo energetico. Per gli elementi economici questo parametro è compreso tra 0,3 e 0,35, per i modelli più costosi si avvicina a 0,5.

Marcatura

Diamo un'occhiata a come vengono decifrati i contrassegni tipici dei moduli utilizzando l'esempio della Figura 4.

Figura 4. Modulo Peltier contrassegnato con TEC1-12706

La marcatura è divisa in tre gruppi significativi:

1. Designazione dell'elemento. Le prime due lettere restano sempre invariate (TE), indicando che si tratta di un termoelemento. Quello successivo indica la taglia, potrebbero esserci le lettere “C” (standard) e “S” (piccolo). L'ultimo numero indica quanti strati (cascate) ci sono nell'elemento.
2. Il numero di termocoppie presenti nel modulo mostrato in foto è 127.
3. La corrente nominale è in Ampere, per noi è 6 A.

Le marcature di altri modelli della serie TEC1 vengono lette allo stesso modo, ad esempio: 12703, 12705, 12710, ecc.

Applicazione

Nonostante l'efficienza piuttosto bassa, gli elementi termoelettrici sono ampiamente utilizzati nella misurazione, nell'informatica e negli elettrodomestici. I moduli sono un elemento operativo importante dei seguenti dispositivi:

• unità di refrigerazione mobili;
• piccoli generatori per generare energia elettrica;
• sistemi di raffreddamento nei personal computer;
• refrigeratori per il raffreddamento e il riscaldamento dell'acqua;
• deumidificatori, ecc.

Diamo esempi dettagliati dell'uso dei moduli termoelettrici.

Frigorifero con elementi Peltier

Le unità di refrigerazione termoelettriche hanno prestazioni significativamente inferiori rispetto agli analoghi del compressore e dell'assorbimento. Ma presentano vantaggi significativi, che ne rendono consigliabile l’uso in determinate condizioni. Questi vantaggi includono:

• semplicità del design;
• resistenza alle vibrazioni;
• assenza di elementi in movimento (ad eccezione della ventola che soffia il radiatore);
• basso livello di rumore;
• piccole dimensioni;
• capacità di lavorare in qualsiasi posizione;
• lunga durata;
• basso consumo energetico.

Queste caratteristiche sono ideali per installazioni mobili.

Elemento Peltier come generatore di elettricità

I moduli termoelettrici possono funzionare come generatori di energia elettrica se uno dei loro lati è sottoposto a riscaldamento forzato. Maggiore è la differenza di temperatura tra i lati, maggiore è la corrente generata dalla sorgente. Purtroppo la temperatura massima del generatore termico è limitata e non può essere superiore al punto di fusione della lega di saldatura utilizzata nel modulo. La violazione di questa condizione porterà al guasto dell'elemento.

Per la produzione in serie di generatori termici vengono utilizzati moduli speciali con saldature refrattarie che possono essere riscaldati fino ad una temperatura di 300°C. Negli elementi ordinari, ad esempio TEC1 12715, il limite è 150 gradi.

Poiché l'efficienza di tali dispositivi è bassa, vengono utilizzati solo nei casi in cui non è possibile utilizzare una fonte di energia elettrica più efficiente. Tuttavia, i generatori termici da 5-10 W sono richiesti da turisti, geologi e residenti di aree remote. Impianti fissi grandi e potenti alimentati da combustibile ad alta temperatura vengono utilizzati per alimentare unità di distribuzione del gas, apparecchiature di stazioni meteorologiche, ecc.

Per raffreddare il processore

Relativamente recentemente, questi moduli hanno iniziato ad essere utilizzati nei sistemi di raffreddamento della CPU dei personal computer. Considerando la bassa efficienza dei termoelementi, i benefici di tali strutture sono piuttosto dubbi. Ad esempio, per raffreddare una fonte di calore con una potenza di 100-170 W (corrispondente alla maggior parte dei modelli di CPU moderni), dovrai spendere 400-680 W, il che richiede l'installazione di un potente alimentatore.

Il secondo problema è che un processore non caricato rilascerà meno energia termica e il modulo potrà raffreddarlo al di sotto del punto di rugiada. Di conseguenza, inizierà a formarsi della condensa, che sicuramente danneggerà l'elettronica.

Chi decide di realizzare da solo un sistema del genere dovrà effettuare una serie di calcoli per selezionare la potenza del modulo per uno specifico modello di processore.

Sulla base di quanto sopra, l'utilizzo di questi moduli come sistema di raffreddamento della CPU non è conveniente; inoltre, possono causare guasti alle apparecchiature informatiche.

La situazione è completamente diversa con i dispositivi ibridi, dove i moduli termici vengono utilizzati insieme al raffreddamento ad acqua o ad aria.

I sistemi di raffreddamento ibridi hanno dimostrato la loro efficacia, ma i costi elevati limitano la cerchia dei loro ammiratori.

Condizionatore d'aria basato su elementi Peltier

In teoria, un dispositivo del genere sarà strutturalmente molto più semplice dei classici sistemi di climatizzazione, ma tutto si riduce a basse prestazioni. Una cosa è raffreddare un piccolo volume di un frigorifero, un'altra cosa è raffreddare una stanza o l'interno di un'auto. I condizionatori d'aria che utilizzano moduli termoelettrici consumeranno più elettricità (3-4 volte) rispetto alle apparecchiature funzionanti con refrigerante.

Per quanto riguarda l'utilizzo come sistema di climatizzazione dell'auto, la potenza di un generatore standard non sarà sufficiente per far funzionare un dispositivo del genere. Sostituirlo con attrezzature più efficienti comporterà un consumo significativo di carburante, il che non è conveniente.

Nei forum tematici sorgono periodicamente discussioni su questo argomento e vengono presi in considerazione vari progetti fatti in casa, ma non è stato ancora creato un prototipo funzionante a tutti gli effetti (senza contare il condizionatore d'aria per un criceto). È del tutto possibile che la situazione cambierà quando i moduli con efficienza più accettabile diventeranno ampiamente disponibili.

Per l'acqua di raffreddamento

L'elemento termoelettrico viene spesso utilizzato come refrigerante per i refrigeratori d'acqua. Il design comprende: un modulo di raffreddamento, un controller controllato da termostato e un riscaldatore. Questa implementazione è molto più semplice ed economica di un circuito di compressione; inoltre, è più affidabile e più facile da utilizzare. Ma ci sono anche alcuni svantaggi:

• l'acqua non scende sotto i 10-12°C;
• il raffreddamento richiede più tempo rispetto alla sua controparte con compressore, pertanto un tale frigorifero non è adatto per un ufficio con un numero elevato di dipendenti;
• il dispositivo è sensibile alla temperatura esterna, in una stanza calda l'acqua non si raffredderà alla temperatura minima;
• Si sconsiglia l'installazione in ambienti polverosi poiché la ventola potrebbe ostruirsi e il modulo di raffreddamento potrebbe guastarsi.

Raffreddatore d'acqua da tavolo con elemento Peltier

Essiccatore d'aria basato su elementi Peltier

A differenza di un condizionatore d'aria, l'implementazione di un deumidificatore tramite elementi termoelettrici è del tutto possibile. Il design è abbastanza semplice ed economico. Il modulo di raffreddamento abbassa la temperatura del radiatore al di sotto del punto di rugiada, di conseguenza l'umidità contenuta nell'aria che passa attraverso il dispositivo si deposita su di esso. L'acqua sedimentata viene scaricata in un apposito serbatoio di stoccaggio.

Nonostante la bassa efficienza, in questo caso l'efficienza del dispositivo è abbastanza soddisfacente.

Come connettere?

Non ci saranno problemi nel collegare il modulo; ai fili di uscita deve essere applicata una tensione costante; il suo valore è indicato nella scheda tecnica dell'elemento. Il filo rosso deve essere collegato al positivo, il filo nero al negativo. Attenzione! L'inversione della polarità inverte le posizioni delle superfici raffreddate e riscaldate.

Come verificare la funzionalità dell'elemento Peltier?

Il metodo più semplice e affidabile è tattile. È necessario collegare il modulo alla fonte di tensione appropriata e toccare i suoi diversi lati. Per un elemento funzionante, uno sarà più caldo, l'altro più freddo.

Se non hai una fonte adatta a portata di mano, avrai bisogno di un multimetro e di un accendino. Il processo di verifica è abbastanza semplice:

1. collegare le sonde ai morsetti del modulo;
2. portare l'accendino acceso su uno dei lati;
3. Osserviamo le letture del dispositivo.

Nel modulo di lavoro, quando uno dei lati viene riscaldato, viene generata una corrente elettrica, che verrà visualizzata sul display del dispositivo.

Come realizzare un elemento Peltier con le tue mani?

È quasi impossibile realizzare un modulo fatto in casa a casa, soprattutto perché non ha senso farlo, dato il costo relativamente basso (circa $ 4-$ 10). Ma puoi assemblare un dispositivo che sarà utile durante un'escursione, ad esempio un generatore termoelettrico.

Per stabilizzare la tensione è necessario assemblare un semplice convertitore sul chip IC L6920.

All'ingresso di un tale convertitore viene fornita una tensione nell'intervallo 0,8-5,5 V; in uscita produrrà 5 V stabili, che è abbastanza per ricaricare la maggior parte dei dispositivi mobili. Se si utilizza un elemento Peltier convenzionale, è necessario limitare l'intervallo di temperatura operativa del lato riscaldato a 150 °C. Per evitare il fastidio del tracciamento, è meglio utilizzare una pentola con acqua bollente come fonte di calore. In questo caso è garantito che l'elemento non si surriscaldi oltre i 100 °C.

Un gran numero di dispositivi elettronici assorbono energia elettrica, che deve essere costantemente rinnovata. Mentre sei in viaggio, devi portare con te fonti di corrente chimica o generare elettricità dall'energia meccanica utilizzando dispositivi complessi e ingombranti.

Tipologia di generatore termoelettrico

Ancor prima Seebeck aveva scoperto la presenza di termo-EMF in un circuito di conduttori diversi quando si mantengono temperature diverse nel punto di contatto. Sulla base degli effetti termoelettrici, è stato creato il cosiddetto elemento o modulo Peltier, costituito da 2 piastre ceramiche con un bimetallo situato tra di loro. Quando viene applicata corrente elettrica attraverso di essi, un lato della piastra si riscalda e l'altro si raffredda, il che rende possibile la creazione di frigoriferi. La figura seguente mostra moduli di diverse dimensioni utilizzati nella tecnologia.

Moduli Peltier di diverse dimensioni

Il processo è reversibile: se si mantiene una differenza di temperatura tra gli elementi su entrambi i lati, questi genereranno una corrente elettrica, che consente di utilizzare il dispositivo come generatore termoelettrico per generare una piccola quantità di elettricità.

L'effetto Peltier è il rilascio di calore nel punto di contatto di conduttori diversi quando la corrente elettrica li attraversa.

Principio di funzionamento dei moduli

Al contatto di conduttori diversi, il calore viene rilasciato o assorbito a seconda della direzione della corrente elettrica. Il flusso di elettroni ha energia potenziale e cinetica. La densità di corrente nei conduttori in contatto è la stessa, ma le densità di flusso di energia sono diverse.

Se l'energia che fluisce nel contatto è maggiore dell'energia che ne esce, ciò significa che gli elettroni vengono rallentati nel punto di transizione da una regione all'altra e riscaldano il reticolo cristallino (il campo elettrico rallenta il loro movimento). Quando la direzione della corrente cambia, si verifica il processo inverso di accelerazione degli elettroni, quando l'energia viene prelevata dal reticolo cristallino e avviene il suo raffreddamento (le direzioni del campo elettrico e il movimento degli elettroni coincidono).

La differenza energetica delle cariche al confine dei semiconduttori è massima e lì l'effetto si manifesta con maggiore forza.

Modulo Peltier

Il più comune è il modulo termoelettrico (TEM), costituito da semiconduttori di tipo p e n collegati tra loro tramite conduttori di rame.

Schema del principio di funzionamento del modulo

In un elemento ci sono 4 transizioni tra metallo e semiconduttori. In un circuito chiuso, il flusso di elettroni si sposta dal polo negativo della batteria a quello positivo, passando in sequenza attraverso ogni transizione.

Vicino alla prima transizione del semiconduttore di tipo rame-p, il calore viene rilasciato nella zona del semiconduttore mentre gli elettroni si spostano verso uno stato con energia inferiore.

Vicino al confine successivo con il metallo nel semiconduttore, il calore viene assorbito a causa del “risucchio” degli elettroni dalla zona di conduttività p sotto l'influenza di un campo elettrico.

Nella terza transizione, gli elettroni entrano nel semiconduttore di tipo n, dove hanno un'energia maggiore rispetto al metallo. In questo caso, l'energia viene assorbita e il semiconduttore viene raffreddato vicino al confine di transizione.

L'ultima transizione è accompagnata da un processo inverso di rilascio di calore nel semiconduttore n dovuto alla transizione degli elettroni in una zona con energia inferiore.

Poiché le transizioni di riscaldamento e raffreddamento si trovano su piani diversi, l'elemento Peltier verrà raffreddato dall'alto e riscaldato dal basso.

In pratica, ogni elemento contiene un gran numero di transizioni di riscaldamento e raffreddamento, che portano alla formazione di una notevole differenza di temperatura, che rende possibile la creazione di un generatore termoelettrico.

Come appare la struttura del modulo?

L'elemento Peltier contiene un gran numero di parallelepipedi semiconduttori di tipo p e n, collegati in serie con ponticelli metallici - contatti termici, l'altro lato a contatto con la piastra ceramica.

Come semiconduttori vengono utilizzati il ​​tellururo di bismuto e il germanuro di silicio.

Vantaggi e svantaggi del TEM

I vantaggi di un modulo termoelettrico (TEM) includono:

• piccole dimensioni;
• la capacità di far funzionare sia i refrigeratori che i riscaldatori;
• reversibilità del processo quando si cambia polarità, consentendo di mantenere un valore esatto di temperatura;
• assenza di elementi in movimento che solitamente si usurano.

Svantaggi dei moduli:

• bassa efficienza (2-3%);
• la necessità di creare una fonte che fornisca una differenza di temperatura;
• consumo energetico significativo;
• alto prezzo.

Nonostante gli svantaggi, i TEM vengono utilizzati laddove gli elevati costi energetici non sono importanti:

• raffreddamento di chip, parti di fotocamere digitali, laser a diodi, oscillatori al quarzo, rilevatori di infrarossi;
• l'uso di cascate TEM per raggiungere basse temperature;
• creazione di frigoriferi compatti, ad esempio, per automobili;
• generatore termoelettrico per la ricarica di dispositivi mobili.

Con una bassa produttività, è consigliabile utilizzare i TEG in condizioni di campeggio, dove è necessario procurarsi elettricità per caricare un telefono cellulare o una lampadina a LED. La semplicità del design ti consente di realizzare un generatore elettrico con le tue mani.

Fonti alternative includono anche pannelli solari o un generatore eolico. I primi richiedono condizioni speciali: la presenza di luce solare, che potrebbe non essere sempre disponibile. Un'altra fonte è grande e richiede vento. Un altro svantaggio è la presenza di parti mobili che riducono l'affidabilità e sono pesanti.

Termogeneratori industriali

BioLite ha sviluppato un nuovo modello per l'escursionismo che ti consente di cucinare il cibo in una stufa a legna compatta e portatile e allo stesso tempo caricare il tuo dispositivo mobile dal TEG integrato.

Stufa a legna portatile compatta

Il dispositivo tornerà utile ovunque: pesca, escursionismo, alla dacia. Tutto ciò che brucia può essere utilizzato come combustibile.

Quando il combustibile viene bruciato nel forno, il calore viene trasferito attraverso la parete al modulo, che genera elettricità. Con una tensione di 5 V, la potenza in uscita è di 2-4 W, sufficiente per caricare molti tipi di dispositivi mobili e far funzionare l'illuminazione a LED. La freccia rossa mostra la direzione del movimento del calore, la freccia blu mostra l'aria fredda nel forno, la freccia gialla mostra la fornitura di energia elettrica per ruotare la ventola di aspirazione dell'aria e per l'uscita del generatore tramite USB.

Schema di funzionamento di BioLite TEG su legno

Il forno generatore Indigirka, sviluppato dalla società Kryotherm di San Pietroburgo, ha le seguenti caratteristiche:

• potenza termica – 6 kW;
• peso – 56 kg;
• dimensioni – 500x530x650 mm;
• e-mail potenza a tensione 5V – 60 W.

La stufa è una stufa per riscaldamento e cottura convenzionale, con generatori termoelettrici fissati su entrambi i lati.

Che aspetto ha il forno generatore termoelettrico "Indigirka"?

Il dispositivo è abbastanza conveniente, ma il prezzo è impressionante: 50 mila rubli. Sebbene la stufa sia destinata alle condizioni di campeggio, chiaramente non sarà conveniente per i normali cacciatori e pescatori. Come sistema di riscaldamento, non è migliore dei modelli convenzionali ed economici.

Se colleghi un TEG a una semplice stufa, il dispositivo fatto in casa funzionerà perfettamente.

TEG fai da te

Per assemblare un generatore termoelettrico con le tue mani, sono necessari i seguenti elementi:

1. Modulo. Per generare corrente elettrica non è possibile utilizzare tutti i moduli, ma solo quelli che possono sopportare un riscaldamento fino a 300-400 0 C. È necessaria una riserva di riscaldamento, poiché anche con un leggero surriscaldamento l'elemento si guasta. I modelli più comuni sono il tipo TEC1-12712 sotto forma di piastre quadrate con lato di 40, 50 o 60 mm.

Se prendiamo la dimensione massima, è sufficiente utilizzare un elemento in un design fai-da-te. Le prime 3 cifre della marcatura - 127 - indicano quanti elementi sono contenuti in 1 piastra. Gli ultimi numeri mostrano la corrente massima consentita, che è 12 A.

1. Convertitore potenziato. È necessario ottenere una tensione costante di 5V. Il generatore potrebbe produrre meno tensione, che deve essere aumentata. I dispositivi sono prodotti esteri (tipi 5V NCP1402 e MAX 756) e domestici (3,3 V/5 V EK-1674). Per caricare il tuo cellulare, dovresti scegliere un dispositivo dotato di connettore USB.
2. Stufa. Le opzioni più semplici sono un fuoco, una candela, una lampada fatta in casa o una stufa in miniatura.
3. Più fresco. Il modo più semplice è utilizzare l'acqua o, in inverno, la neve.
4. Elementi di collegamento. L'attrezzatura è necessaria per creare la massima differenza di temperatura possibile tra i due lati della piastra. Qui la scelta spetta agli artigiani, molto spesso utilizzano 2 tazze o padelle di diverse dimensioni, i cui manici sono segati e dove l'una è inserita nell'altra. Un modulo viene posizionato tra di loro e fissato con pasta termica. 2 fili sono saldati ad esso e collegati a un convertitore di tensione.

Per aumentare l'efficienza del generatore è opportuno lucidare il fondo delle superfici metalliche di tazze o pentole a contatto con la piastra del generatore. Inoltre, negli spazi tra i fondi delle tazze più piccole e di quelle più grandi viene applicato un sigillante resistente al calore. Quindi il calore derivante dal riscaldamento verrà localizzato nella posizione del modulo.

I cavi tra il modulo e il convertitore sono protetti con isolante e sigillante resistente al calore.

L'acqua viene versata nella tazza interna e l'intera struttura viene data alle fiamme. Dopo alcuni minuti, puoi controllare la tensione di uscita con un multimetro.

Per assemblare da solo un generatore termoelettrico, avrai bisogno dei seguenti materiali:

1. Elemento Peltier";
2. un alloggiamento di un vecchio alimentatore per computer per realizzare un mini-focolare;
3. convertitore di tensione con uscita USB a 5V con ingresso 1-5V;
4. radiatore con dispositivo di raffreddamento del processore;
5. pasta termica.

I costi qui sono piccoli e il dispositivo è perfettamente in grado di caricare un telefono cellulare. Il generatore autoassemblato è un analogo del modello straniero di BioLite. Se lo assembli con attenzione, il dispositivo funzionerà in modo affidabile per molto tempo, poiché qui non c'è nulla da rompere. È importante solo non surriscaldare l'elemento Peltier, che potrebbe causarne il guasto.

Quando si utilizza un dispositivo di raffreddamento per raffreddare un radiatore, è necessario collegarlo a un generatore, dopodiché parte dell'energia generata verrà spesa per il raffreddamento.

Nonostante il consumo energetico aggiuntivo, l’efficienza dell’impianto aumenterà. Se il radiatore diventa molto caldo durante il funzionamento, è necessario adottare misure per raffreddarlo. Altrimenti, l'efficienza operativa del generatore sarà bassa.

Le caratteristiche del generatore sono le seguenti:

• tensione di uscita – 5 V;
• potenza di carico – 0,5 A;
• tipo di uscita – USB;
• carburante - qualsiasi.

Il dispositivo è prodotto come segue:

• smontare l'alimentatore, lasciando la custodia;
• incollare il modulo Peltier al radiatore con pasta termica. È necessario incollare con il lato freddo dove è applicata la marcatura;
• pulire e lucidare la superficie laterale esterna dell'alloggiamento dell'alimentatore e incollare l'elemento su di essa con l'altro lato (insieme al radiatore);
• Saldare i fili dall'ingresso del convertitore di tensione ai terminali della piastra.

Puoi controllare il TEG posizionando rami sottili all'interno del focolare e dando loro fuoco. Dopo pochi minuti è possibile collegare il telefono, che per ricaricarsi richiede una differenza di temperatura di 100 0 C tra i lati del modulo. La figura sotto mostra il generatore assemblato.

Generatore termoelettrico assemblato fai da te

Quando si utilizza TEG, è necessario rispettare la polarità di collegamento dei moduli.

Video. Generatore termoelettrico

L'effetto Peltier permette di realizzare piccoli generatori e frigoriferi che funzionano senza parti in movimento. Migliorare la qualità dei moduli e ridurre il consumo energetico dei dispositivi mobili consente di creare con le proprie mani un generatore termoelettrico per caricare le batterie e fornire una piccola quantità di energia a vari dispositivi dove l'efficienza non è particolarmente importante.

Energia e batterie,

Fai da te o fai da te

Ciao, mi chiamo Danil e sono paranoico. La mia paranoia sta nel fatto che sono convinto dell'imminente arrivo della Grande Volpe Artica. Non importa in quale forma arriverà questa stessa volpe artica: se rimaniamo in vita, molto probabilmente dovremo iniziare a vivere da zero. E la vita è molto più divertente quando hai qualcosa per caricare le batterie della tua torcia e del dosimetro. Per chi la pensa allo stesso modo (ma anche per tutti i curiosi), vi chiedo di tagliare qui sotto (attenzione, foto pesanti).

Parte di ricerca

In realtà, perché l'elemento Peltier? È molto più logico acquistare una torcia con azionamento muscolare ("coleottero terrestre"), pannelli solari o, nel peggiore dei casi, costruire un mulino a vento. In precedenza, pensavo anche che fosse del tutto possibile cavarsela con gli scarafaggi macinati. Ma ha molte parti mobili, realizzate da zio Liao in plastica economica. Il primo guasto nelle condizioni della Grande Volpe Artica - e rimani senza elettricità.

Bene, ti chiederai, perché non i pannelli solari? Non ci sono parti in movimento. Sono d'accordo, risponderò, ma in condizioni di inverno nucleare o vulcanico o sotto un tetto di cemento di due metri di un rifugio, non è così facile prendere il sole.

Mulino a vento? Quale area dovrebbero essere le sue pale in modo che possa girare anche con un vento debole? Parti in movimento, ancora una volta. Il mulino a vento è adatto per l'installazione permanente quando si equipaggia un rifugio a lungo termine.

Dopo aver considerato questi argomenti, mi sono scoraggiato. Ma presto mi sono imbattuto per caso nel sito nepropadu.ru (nessuna pubblicità, solo un collegamento al materiale originale). Ci sono rimasto seduto ininterrottamente per due giorni e nel frattempo mi sono imbattuto in un articolo molto interessante su una stufa a cippato realizzata con la custodia di un alimentatore per computer con un elemento Peltier sul lato (link alla fine del post) . C'erano molti scettici nei commenti, ma l'autore ha scritto di aver caricato con calma il telefono da un convertitore DC-DC cinese collegato... Sono rimasto affascinato.

Parte di progettazione

Per cominciare, ho ordinato lo stesso elemento Peltier dai cinesi su eBay (sufficiente per gli esperimenti). Mi è costato 320 rubli. Ciò che mi ha fatto piacere è stata la consegna rapida, tracciabile ma gratuita. Inoltre, la merce è stata spedita letteralmente un'ora dopo il pagamento (ed era domenica).

Mentre l'elemento Peltier viaggiava, ho riflettuto sulla progettazione del futuro generatore termoelettrico, ho trovato un radiatore adatto con una ventola (un vecchio radiatore con processore funzionava perfettamente) e ho anche scovato su Internet un circuito per un convertitore DC-DC con una corrente di uscita massima di 1 ampere con una tensione di 5 volt.

Non ho ritenuto opportuno realizzare una stufa a cippato seguendo l'esempio di quell'articolo. Il metallo di cui è composto l'hardware del computer è molto morbido; “affonda” se esposto a temperature elevate e si brucia rapidamente. Pertanto, si è deciso di realizzare una "versione rimovibile" del generatore, che potrebbe essere montata sul lato di un fornello fisso o appoggiata a una pentola sul fuoco. E per evitare di friggere l'elemento Peltier su un fuoco aperto in tali condizioni, era necessaria una guarnizione resistente al calore ma conduttrice di calore. Per fare questo sono riuscito a procurarmi un pezzo di spessa piastra di alluminio di 100x120x5 millimetri.

Per premere l'elemento Peltier sul substrato di alluminio e, a sua volta, premere il radiatore su di esso, ho deciso di utilizzare un set di costruzioni in metallo per bambini, che una volta avevo acquistato per esigenze di robotica.

Ma l'elemento Peltier è arrivato ed è arrivato il momento dell'assemblaggio.

Parte tecnologica

Avevamo un radiatore, una piastra di alluminio, un elemento Peltier, una manciata di componenti radio, un pezzo di PCB in alluminio e una varietà di viti e dadi. Non ricordo oltre.

Quindi, tutti i componenti sono assemblati, puoi iniziare a montare.

Mi scuso per la piastra segnata e forata in due punti, solo dopo mi è venuto in mente che sarebbe stato carino fotografare l'intero processo di montaggio fin dall'inizio.

Il primo problema che mi aspettava era la ventola standard da 12 volt sul radiatore. Dato che produrrò solo 5 volt, e anche con una corrente massima abbastanza piccola, ciò potrebbe creare un problema.

Per prima cosa ho lanciato la mia esca in tutti i negozi di radio e computer di Perm, ma da nessuna parte c'era una ventola da 80x80 millimetri da 5 volt. E se c'erano, erano di dimensioni più piccole e con una corrente superiore a 200 mA, che era troppo.

Poi ho fatto qualche ricerca su eBay e ho scoperto che il ventilatore di cui avevo bisogno costava a partire da 300 rubli. Ma era inutile sperare in una consegna rapida, quindi ho lasciato questa opzione come riserva.

E solo dopo tutte le ricerche ho pensato di collegare la ventola standard da 12 volt a una fonte di tensione da 5 volt. Si è scoperto che soffia abbastanza bene e allo stesso tempo non consuma molta corrente. Pertanto, ho deciso di lasciarlo per ora e, dopo aver testato, se necessario, ordinare un ventilatore su eBay.

Ho segnato una piastra di alluminio e vi ho praticato due fori per il montaggio del radiatore e due per la scheda del convertitore di tensione. Ho realizzato dei fori del diametro di 4 millimetri (per le viti del designer), e all'esterno li ho allargati a 7,5 millimetri per nascondere le teste delle viti. Successivamente, ho arrotondato gli angoli acuti con una lima e ho camminato con carta vetrata grossa su tutte le superfici della piastra e carta vetrata fine dove veniva premuto l'elemento Peltier.

A questo punto ho considerato completata la lavorazione del substrato e ho iniziato a produrre il convertitore di tensione.
Il convertitore di tensione boost di impulsi è assemblato sull'IC L6920, che inizia a funzionare con una tensione di ingresso di 0,8 volt e consente di rimuovere dalla sua uscita una tensione fissa di 3,3 o 5 volt, o variabile da 1,8 a 5,5 volt.

Lo schema del convertitore è tipico e tratto dalla scheda tecnica.

Per ottenere 5 volt all'uscita del circuito, la gamba 1 è collegata al filo comune. È inoltre configurato per emettere un livello basso sul pin 3 quando la tensione di ingresso scende al di sotto di 1,5 volt.

Per il circuito è stato predisposto un circuito stampato sul quale è stato effettuato il fissaggio al substrato di base utilizzando gli stessi componenti del set di design per bambini. Non sono preoccupato per il surriscaldamento della scheda, dato che ha un raffreddamento forzato tramite un flusso d'aria soffiato dal radiatore.

Ho dovuto armeggiare con la macro della custodia che conteneva il microcircuito che ho acquistato. Sul sito web del negozio è stato affermato che si trattava del caso SSOP-8. A quanto pare, non esiste un caso del genere nel set standard di macro Sprint Layout. Ho trovato un disegno del case SSOP-8 e ho creato una macro, dopo di che ho sbrogliato la scheda. Dopo una stampa di prova, si è scoperto che il microcircuito è leggermente più largo e non si adatta ai suoi cuscinetti di contatto. Cercando su Google un modello di chip specifico (L6920D) mi ha portato al sito web Chip-Dip, dove ho appreso che l'IC con indice D è prodotto in un pacchetto TSSOP-8. Grattandomi la testa, ho trovato un disegno di questo caso, ho creato una macro e ho reindirizzato la scheda. Ora tutto si è rivelato corretto.

La scheda è stata realizzata utilizzando LUT e assemblata. Si è scoperto che saldare la custodia del TSSOP-8 senza asciugacapelli è molto scomodo. Ma siamo persone esperte, abbiamo saldato microcircuiti FTDI con un passo dei pin di 0,4 millimetri.

Ora puoi iniziare a installare l'elemento Peltier e il radiatore. Ho rivestito il substrato e il radiatore nei punti di contatto con l'elemento con pasta termica. Quindi ha stretto il "sandwich" risultante con le noci.

Si è scoperto che la scheda del convertitore non si adatta, il connettore di ingresso poggia sul radiatore, ho calcolato leggermente male. Ho capovolto le staffe di montaggio, ho appeso la tavola all'esterno e ho aggiunto altre due staffe per proteggere gli elementi da danni meccanici. Ecco cosa abbiamo ottenuto:

Ora puoi verificare la funzionalità del generatore. L'ho riscaldato su un fornello a gas. Ho deciso di non installare un ventilatore per ora.

Per cominciare, si è scoperto che ho confuso la polarità del collegamento dell'elemento al convertitore. Anche se tutto sembrava essere corretto: il filo nero è verso il meno, il filo rosso è verso il positivo. Tuttavia, il generatore non voleva funzionare. Poi ho cambiato la polarità della connessione dell'elemento.

Il generatore ha iniziato a funzionare: prima si sono accesi entrambi i LED, segnalando la presenza di 5 volt in uscita e una bassa tensione in ingresso, quindi il LED rosso si è spento - la tensione è salita sopra un volt e mezzo.

Con mio dispiacere, si è scoperto che senza ventola, dopo un paio di minuti di funzionamento del sistema, il radiatore è diventato notevolmente caldo. Non funzionerà in questo modo.

Il giorno dopo, ho fatto un giro per il mercato dei metalli e diversi mercatini delle pulci di computer, ma quando ho chiesto informazioni sui ventilatori da 5 volt, hanno alzato le spalle ovunque e mi hanno consigliato di andare “in quel posto laggiù” dove ero già stato in un un paio di minuti fa. Di conseguenza, sono tornato a casa a mani vuote.

A casa, ho condotto un esperimento sull'alimentazione di una ventola standard da 12 volt dall'uscita da 5 volt del convertitore. I risultati non mi sono piaciuti: il convertitore, con evidente riluttanza, ha spento il LED rosso e la ventola ha tremato debolmente per diversi secondi, cercando di avviarsi. Il flusso d'aria proveniente dalla ventola funzionante a metà potenza non era sufficiente per il normale raffreddamento: il radiatore si è riscaldato altrettanto rapidamente, anche se non mi bruciava più le dita. Alla fine ho deciso di ordinare il ventilatore da Ebay.

Risultato

Nonostante la bassa efficienza dell'elemento Peltier in modalità generazione, ho comunque ottenuto un risultato intermedio: collegando una batteria portatile con una corrente di carica dichiarata di 1000 mA all'uscita del convertitore, il generatore è stato in grado di produrre una corrente di circa 600mA. Penso che questa corrente sia sufficiente per caricare la maggior parte dei gadget nelle condizioni della Grande Volpe Artica.

Quando arriverà il ventilatore (Ibay promette da metà marzo a inizio aprile), controllerò il raffreddamento. Inoltre, dovrai testare il funzionamento del generatore in condizioni di "combattimento" - in caso di incendio.

Mi scuso per la qualità delle foto, non sono un gran fotografo. Link all'articolo che mi ha ispirato.

Generatore termoelettrico Peltier si basa sul cosiddetto "Effetto Peltier", scoperto dagli scienziati nel 1834. Sta nel fatto che quando la corrente elettrica viene fatta passare in un circuito chiuso, costituito da due piastre collegate (metallo o semiconduttore), in esse si verificherà una differenza di temperatura. Cioè, un elemento si riscalderà e il secondo si raffredderà. L'effetto opposto era stato scoperto anche prima dallo scienziato tedesco Seebeck. Può essere formulato come segue: in un circuito chiuso di due conduttori, i cui contatti hanno temperature diverse, si forma una corrente.

In realtà, siamo interessati solo all'ultima opzione, utilizzando la quale riceveremo corrente. Quindi, forse, sarebbe più corretto parlare di generatore termoelettrico Peltier-Seebeck.

Vale subito la pena notare che l'efficienza di un tale generatore è molto bassa. E difficilmente puoi aspettarti che l'energia ricevuta sia sufficiente per qualcosa di più che caricare un telefono o accendere una lampadina. Ma per i turisti e solo per gli appassionati questo basta.

Vari modelli possono essere utilizzati per generare corrente. La più semplice è una "tazza", una parte della quale viene riscaldata dal fuoco e la seconda viene raffreddata dall'acqua. Esamineremo 3 generatori termoelettrici Peltier.

Per questo abbiamo bisogno di:

• Modulo Peltier. Consigliamo TEC1-12712. Tieni presente che questo modulo è disponibile in tre versioni: 40x40, 50x50, 60x60. Maggiore è la dimensione, maggiore è il costo (circa 1.000-2.000 rubli). Avremo bisogno di 1 modulo di misura 60x60 o superiore oppure di 2 moduli di misura 40x40. Le prime 3 cifre rappresentano il numero di elementi (127). Le ultime due cifre nella marcatura rappresentano la corrente massima. Nel nostro caso - 12A.
• Convertitore potenziato tensione costante (fino a 5 V). Nella maggior parte dei casi avremo bisogno di una corrente con una tensione di 5 V. Questo è sufficiente per caricare un telefono, una torcia elettrica, una radio e far funzionare una normale lampada a incandescenza. Ma molto probabilmente il nostro generatore produrrà una corrente a voltaggio inferiore. È necessario misurarlo e aggiungere al sistema il convertitore appropriato. Possono essere prodotti internamente: KR1446PN1 (o KR1446PN1E); convertitore boost 3.3B/5B EK-1674. Quindi e importato: 5 V NCP1402; MAX 756. I prezzi possono variare in modo significativo, ma con una piccola ricerca è possibile acquistare un convertitore adatto per meno di $ 10. La potenza del convertitore dipende dall'utilizzo del termogeneratore Peltier. Se per caricare un telefono cellulare: un connettore USB, ecc.
• Un elemento riscaldante. Il più semplice è un incendio. In alternativa, puoi utilizzare le candele (ti basterà regolare il generatore man mano che la candela si scioglie). Il principio qui è semplice: è necessario trasferire quanto più calore possibile al modulo Peltier. Pertanto, la fonte deve essere molto calda: il fuoco di una stufa a gas, o un incendio. Oppure la perdita di calore deve essere ridotta al minimo. Per fare ciò, l'elemento riscaldante può essere posizionato in un bicchiere o in una scatola. Di seguito ci soffermeremo su questo in modo più dettagliato.
• Elemento di raffreddamento. Il più semplice è l'acqua o il ghiaccio secco. Se ti trovi vicino a un fiume, puoi provare a usare l'acqua fredda. In questo caso, l'elemento riscaldante sarà in alto.

Abbiamo trattato la teoria, ora è il momento della pratica.

Dobbiamo solo selezionare l'ultimo elemento: gli elementi di collegamento. Il loro compito è creare la massima differenza di temperatura tra le piastre del modulo Peltier. Qui c'è spazio per la tua immaginazione e molto dipende da dove, come e perché assembli il generatore Peltier, quindi forniremo semplicemente degli esempi.

Esempio 1. Due tazze di metallo di diverse dimensioni con manici segati. Puoi prendere un mestolo o un pentolino. Mettiamo la padella sul fuoco (puoi usare anche un fornello elettrico), mettiamo sopra il modulo e lo copriamo con una tazza o un mestolo più piccolo pieno di ghiaccio, neve o semplicemente acqua fredda. Successivamente, saldiamo un filo all'uscita del generatore che porta all'ingresso del convertitore di tensione. Prima di ciò, le superfici, ovviamente, devono essere lucidate. Dovresti anche applicare la pasta termica; questo sarà discusso più dettagliatamente di seguito.

Esempio 2. Avremo bisogno di una candela Ikea, una tazza, un mestolo e un piatto in duralluminio. Utilizzando colla resistente al calore, incollare il modulo Peltier alla piastra. Dall'altro lato del modulo incolliamo anche il fondo del mestolo.

Esempio 3. Prendiamo un modulo con 127 elementi, dimensioni 50x50. Avrai anche bisogno di due barre di alluminio, le cui superfici di contatto prelucidiamo e applichiamo pasta termica. Incolliamo le barre su entrambi i lati del modulo. Fissiamo un radiatore al blocco “freddo”. E quello "caldo" lo mettiamo su un fornello funzionante del fornello elettrico.

La potenza di questo mostro era sufficiente per accendere una lampadina da 10 watt con una tensione fino a 6 V.

Lo svantaggio di tutte le opzioni precedenti è che è difficile organizzare un raffreddamento efficace a casa. Il ghiaccio si scioglierà e il radiatore si scalderà. Ma in condizioni “selvagge” tutto può essere più semplice: puoi usare l’acqua del fiume o la neve per rinfrescarti e il fuoco sopra menzionato per riscaldarti.

Importante! L'efficienza del generatore Peltier è molto bassa, quindi ogni opportunità dovrebbe essere sfruttata per migliorare l'efficienza. Tutti, in un modo o nell'altro, mirano a ridurre la perdita di calore.

Innanzitutto, per una migliore conduttività termica, la superficie degli elementi di collegamento a contatto con il modulo deve essere lucidata a specchio. Per fare ciò, è possibile utilizzare una macchina o un trapano con un batuffolo di feltro inserito su cui viene applicata la pasta GOI.

Successivamente vanno rivestiti con pasta termica, che conduce bene il calore. Puoi acquistarlo in qualsiasi negozio di radio o computer.

È inoltre possibile applicare un sigillante resistente al calore nei punti attraverso i quali fuoriesce il calore. Nel nostro primo progetto, questo sarà lo spazio tra il fondo del mestolo più grande e quello della tazza più piccola. Grazie a ciò, il calore risultante non si “disperderà” su tutta la superficie del fondo della tazza esterna. Questo non è necessario se i tuoi pantaloni hanno all'incirca la stessa taglia, come mostrato nella foto qui sotto.

Sia la tazza che il mestolo hanno all'incirca lo stesso diametro: tutto il calore della tazza va verso l'alto verso il modulo Peltier.

Se i cavi tra il modulo e il convertitore si trovano in una "zona calda", devono essere isolati anche con sigillante o tessuto resistente al calore.

La corrente risultante può essere misurata con un tester, un LED, una lampadina a basso consumo, ecc. Tieni presente che la corrente non appare immediatamente dopo l'avvio, ma dopo 1-2 minuti.

Gli impianti di refrigerazione sono diventati così saldamente radicati nelle nostre vite che è persino difficile immaginare come potremmo farne a meno. Ma i classici design dei refrigeranti non sono adatti per l’uso mobile, ad esempio come borsa frigo da viaggio.

A questo scopo vengono utilizzati impianti il ​​cui principio di funzionamento si basa sull'effetto Peltier. Parliamo brevemente di questo fenomeno.

Cos'è?

Con questo termine si fa riferimento ad un fenomeno termoelettrico scoperto nel 1834 dal naturalista francese Jean-Charles Peltier. L'essenza dell'effetto è il rilascio o l'assorbimento di calore nell'area in cui sono in contatto conduttori diversi attraverso i quali passa la corrente elettrica.

Secondo la teoria classica, il fenomeno si spiega nel seguente modo: la corrente elettrica trasferisce elettroni tra i metalli, che possono accelerare o rallentare il loro movimento, a seconda della differenza di potenziale di contatto tra conduttori di materiali diversi. Di conseguenza, con l'aumento dell'energia cinetica, viene convertita in energia termica.

Sul secondo conduttore si osserva un processo inverso, che richiede il rifornimento di energia, secondo la legge fondamentale della fisica. Ciò avviene a causa della vibrazione termica, che provoca il raffreddamento del metallo di cui è costituito il secondo conduttore.

Le moderne tecnologie consentono di produrre elementi-moduli semiconduttori con il massimo effetto termoelettrico. Ha senso parlare brevemente del loro design.

Progettazione e principio di funzionamento

I moduli moderni sono una struttura costituita da due piastre isolanti (solitamente in ceramica), con termocoppie collegate in serie tra di loro. Uno schema semplificato di tale elemento può essere trovato nella figura seguente.

Designazioni:

• A – contatti per il collegamento ad una fonte di alimentazione;
• B – superficie calda dell'elemento;
• C – lato freddo;
• D – conduttori in rame;
• E – semiconduttore basato sulla giunzione p;
• F – semiconduttore di tipo n.

Il design è realizzato in modo tale che ciascun lato del modulo sia in contatto con giunzioni p-n o n-p (a seconda della polarità). I contatti p-n vengono riscaldati, i contatti n-p vengono raffreddati (vedere Fig. 3). Di conseguenza, sui lati dell'elemento si verifica una differenza di temperatura (DT). Ad un osservatore, questo effetto sembrerà un trasferimento di energia termica tra i lati del modulo. È interessante notare che la modifica della polarità dell'alimentazione porta a un cambiamento nelle superfici calde e fredde.

Riso. 3. A – lato caldo del termoelemento, B – lato freddo

Specifiche

Le caratteristiche dei moduli termoelettrici sono descritte dai seguenti parametri:

• capacità di raffreddamento (Q max), questa caratteristica è determinata in base alla corrente massima consentita e alla differenza di temperatura tra i lati del modulo, misurata in Watt;
• massima differenza di temperatura tra i lati dell'elemento (DT max), il parametro è dato per condizioni ideali, l'unità di misura è gradi;
• corrente ammissibile richiesta per garantire la massima differenza di temperatura – I max;
• la tensione massima U max necessaria affinché la corrente I max raggiunga la differenza di picco DT max ;
• resistenza interna del modulo – Resistenza, indicata in Ohm;
• coefficiente di efficienza - COP (abbreviazione dall'inglese - coefficiente di prestazione), essenzialmente questa è l'efficienza del dispositivo, che mostra il rapporto tra raffreddamento e consumo energetico. Per gli elementi economici questo parametro è compreso tra 0,3 e 0,35, per i modelli più costosi si avvicina a 0,5.

Marcatura

Diamo un'occhiata a come vengono decifrati i contrassegni tipici dei moduli utilizzando l'esempio della Figura 4.

Figura 4. Modulo Peltier contrassegnato con TEC1-12706

La marcatura è divisa in tre gruppi significativi:

1. Designazione dell'elemento. Le prime due lettere restano sempre invariate (TE), indicando che si tratta di un termoelemento. Quello successivo indica la taglia, potrebbero esserci le lettere “C” (standard) e “S” (piccolo). L'ultimo numero indica quanti strati (cascate) ci sono nell'elemento.
2. Il numero di termocoppie presenti nel modulo mostrato in foto è 127.
3. La corrente nominale è in Ampere, per noi è 6 A.

Le marcature di altri modelli della serie TEC1 vengono lette allo stesso modo, ad esempio: 12703, 12705, 12710, ecc.

Applicazione

Nonostante l'efficienza piuttosto bassa, gli elementi termoelettrici sono ampiamente utilizzati nella misurazione, nell'informatica e negli elettrodomestici. I moduli sono un elemento operativo importante dei seguenti dispositivi:

• unità di refrigerazione mobili;
• piccoli generatori per generare energia elettrica;
• sistemi di raffreddamento nei personal computer;
• refrigeratori per il raffreddamento e il riscaldamento dell'acqua;
• deumidificatori, ecc.

Diamo esempi dettagliati dell'uso dei moduli termoelettrici.

Frigorifero con elementi Peltier

Le unità di refrigerazione termoelettriche hanno prestazioni significativamente inferiori rispetto agli analoghi del compressore e dell'assorbimento. Ma presentano vantaggi significativi, che ne rendono consigliabile l’uso in determinate condizioni. Questi vantaggi includono:

• semplicità del design;
• resistenza alle vibrazioni;
• assenza di elementi in movimento (ad eccezione della ventola che soffia il radiatore);
• basso livello di rumore;
• piccole dimensioni;
• capacità di lavorare in qualsiasi posizione;
• lunga durata;
• basso consumo energetico.

Queste caratteristiche sono ideali per installazioni mobili.

Elemento Peltier come generatore di elettricità

I moduli termoelettrici possono funzionare come generatori di energia elettrica se uno dei loro lati è sottoposto a riscaldamento forzato. Maggiore è la differenza di temperatura tra i lati, maggiore è la corrente generata dalla sorgente. Purtroppo la temperatura massima del generatore termico è limitata e non può essere superiore al punto di fusione della lega di saldatura utilizzata nel modulo. La violazione di questa condizione porterà al guasto dell'elemento.

Per la produzione in serie di generatori termici vengono utilizzati moduli speciali con saldature refrattarie che possono essere riscaldati fino ad una temperatura di 300°C. Negli elementi ordinari, ad esempio TEC1 12715, il limite è 150 gradi.

Poiché l'efficienza di tali dispositivi è bassa, vengono utilizzati solo nei casi in cui non è possibile utilizzare una fonte di energia elettrica più efficiente. Tuttavia, i generatori termici da 5-10 W sono richiesti da turisti, geologi e residenti di aree remote. Impianti fissi grandi e potenti alimentati da combustibile ad alta temperatura vengono utilizzati per alimentare unità di distribuzione del gas, apparecchiature di stazioni meteorologiche, ecc.

Per raffreddare il processore

Relativamente recentemente, questi moduli hanno iniziato ad essere utilizzati nei sistemi di raffreddamento della CPU dei personal computer. Considerando la bassa efficienza dei termoelementi, i benefici di tali strutture sono piuttosto dubbi. Ad esempio, per raffreddare una fonte di calore con una potenza di 100-170 W (corrispondente alla maggior parte dei modelli di CPU moderni), dovrai spendere 400-680 W, il che richiede l'installazione di un potente alimentatore.

Il secondo problema è che un processore non caricato rilascerà meno energia termica e il modulo potrà raffreddarlo al di sotto del punto di rugiada. Di conseguenza, inizierà a formarsi della condensa, che sicuramente danneggerà l'elettronica.

Chi decide di realizzare da solo un sistema del genere dovrà effettuare una serie di calcoli per selezionare la potenza del modulo per uno specifico modello di processore.

Sulla base di quanto sopra, l'utilizzo di questi moduli come sistema di raffreddamento della CPU non è conveniente; inoltre, possono causare guasti alle apparecchiature informatiche.

La situazione è completamente diversa con i dispositivi ibridi, dove i moduli termici vengono utilizzati insieme al raffreddamento ad acqua o ad aria.

I sistemi di raffreddamento ibridi hanno dimostrato la loro efficacia, ma i costi elevati limitano la cerchia dei loro ammiratori.

Condizionatore d'aria basato su elementi Peltier

In teoria, un dispositivo del genere sarà strutturalmente molto più semplice dei classici sistemi di climatizzazione, ma tutto si riduce a basse prestazioni. Una cosa è raffreddare un piccolo volume di un frigorifero, un'altra cosa è raffreddare una stanza o l'interno di un'auto. I condizionatori d'aria che utilizzano moduli termoelettrici consumeranno più elettricità (3-4 volte) rispetto alle apparecchiature funzionanti con refrigerante.

Per quanto riguarda l'utilizzo come sistema di climatizzazione dell'auto, la potenza di un generatore standard non sarà sufficiente per far funzionare un dispositivo del genere. Sostituirlo con attrezzature più efficienti comporterà un consumo significativo di carburante, il che non è conveniente.

Nei forum tematici sorgono periodicamente discussioni su questo argomento e vengono presi in considerazione vari progetti fatti in casa, ma non è stato ancora creato un prototipo funzionante a tutti gli effetti (senza contare il condizionatore d'aria per un criceto). È del tutto possibile che la situazione cambierà quando i moduli con efficienza più accettabile diventeranno ampiamente disponibili.

Per l'acqua di raffreddamento

L'elemento termoelettrico viene spesso utilizzato come refrigerante per i refrigeratori d'acqua. Il design comprende: un modulo di raffreddamento, un controller controllato da termostato e un riscaldatore. Questa implementazione è molto più semplice ed economica di un circuito di compressione; inoltre, è più affidabile e più facile da utilizzare. Ma ci sono anche alcuni svantaggi:

• l'acqua non scende sotto i 10-12°C;
• il raffreddamento richiede più tempo rispetto alla sua controparte con compressore, pertanto un tale frigorifero non è adatto per un ufficio con un numero elevato di dipendenti;
• il dispositivo è sensibile alla temperatura esterna, in una stanza calda l'acqua non si raffredderà alla temperatura minima;
• Si sconsiglia l'installazione in ambienti polverosi poiché la ventola potrebbe ostruirsi e il modulo di raffreddamento potrebbe guastarsi.

Raffreddatore d'acqua da tavolo con elemento Peltier

Essiccatore d'aria basato su elementi Peltier

A differenza di un condizionatore d'aria, l'implementazione di un deumidificatore tramite elementi termoelettrici è del tutto possibile. Il design è abbastanza semplice ed economico. Il modulo di raffreddamento abbassa la temperatura del radiatore al di sotto del punto di rugiada, di conseguenza l'umidità contenuta nell'aria che passa attraverso il dispositivo si deposita su di esso. L'acqua sedimentata viene scaricata in un apposito serbatoio di stoccaggio.

Nonostante la bassa efficienza, in questo caso l'efficienza del dispositivo è abbastanza soddisfacente.

Come connettere?

Non ci saranno problemi nel collegare il modulo; ai fili di uscita deve essere applicata una tensione costante; il suo valore è indicato nella scheda tecnica dell'elemento. Il filo rosso deve essere collegato al positivo, il filo nero al negativo. Attenzione! L'inversione della polarità inverte le posizioni delle superfici raffreddate e riscaldate.

Come verificare la funzionalità dell'elemento Peltier?

Il metodo più semplice e affidabile è tattile. È necessario collegare il modulo alla fonte di tensione appropriata e toccare i suoi diversi lati. Per un elemento funzionante, uno sarà più caldo, l'altro più freddo.

Se non hai una fonte adatta a portata di mano, avrai bisogno di un multimetro e di un accendino. Il processo di verifica è abbastanza semplice:

1. collegare le sonde ai morsetti del modulo;
2. portare l'accendino acceso su uno dei lati;
3. Osserviamo le letture del dispositivo.

Nel modulo di lavoro, quando uno dei lati viene riscaldato, viene generata una corrente elettrica, che verrà visualizzata sul display del dispositivo.

Come realizzare un elemento Peltier con le tue mani?

È quasi impossibile realizzare un modulo fatto in casa a casa, soprattutto perché non ha senso farlo, dato il costo relativamente basso (circa $ 4-$ 10). Ma puoi assemblare un dispositivo che sarà utile durante un'escursione, ad esempio un generatore termoelettrico.

Per stabilizzare la tensione è necessario assemblare un semplice convertitore sul chip IC L6920.

All'ingresso di un tale convertitore viene fornita una tensione nell'intervallo 0,8-5,5 V; in uscita produrrà 5 V stabili, che è abbastanza per ricaricare la maggior parte dei dispositivi mobili. Se si utilizza un elemento Peltier convenzionale, è necessario limitare l'intervallo di temperatura operativa del lato riscaldato a 150 °C. Per evitare il fastidio del tracciamento, è meglio utilizzare una pentola con acqua bollente come fonte di calore. In questo caso è garantito che l'elemento non si surriscaldi oltre i 100 °C.