Elemente Peltier sau electricitate liberă dintr-un incendiu. Cum să faci un termogenerator Peltier cu propriile mâini

Echipamentele frigorifice au devenit atât de ferm stabilite în viața noastră încât este chiar dificil să ne imaginăm cum ne-am putea descurca fără ele. Dar modelele clasice de refrigerant nu sunt potrivite pentru utilizarea mobilă, de exemplu, ca o geantă frigorifică de călătorie.

In acest scop se folosesc instalatii in care principiul de functionare se bazeaza pe efectul Peltier. Să vorbim pe scurt despre acest fenomen.

Ce este?

Acest termen se referă la un fenomen termoelectric descoperit în 1834 de naturalistul francez Jean-Charles Peltier. Esența efectului este degajarea sau absorbția de căldură în zona în care sunt în contact conductori diferiți prin care trece curentul electric.

În conformitate cu teoria clasică, există următoarea explicație a fenomenului: curentul electric transferă electroni între metale, care pot accelera sau încetini mișcarea acestora, în funcție de diferența de potențial de contact în conductorii din diferite materiale. În consecință, odată cu creșterea energiei cinetice, aceasta este transformată în energie termică.

Pe cel de-al doilea conductor, se observă un proces invers, care necesită reumplere cu energie, în conformitate cu legea fundamentală a fizicii. Acest lucru se întâmplă din cauza vibrațiilor termice, care provoacă răcirea metalului din care este realizat al doilea conductor.

Tehnologiile moderne fac posibilă producerea de elemente semiconductoare-module cu efect termoelectric maxim. Este logic să vorbim pe scurt despre designul lor.

Proiectare și principiu de funcționare

Modulele moderne sunt o structură formată din două plăci izolatoare (de obicei ceramice), cu termocupluri conectate în serie situate între ele. O diagramă simplificată a unui astfel de element poate fi găsită în figura de mai jos.

Denumiri:

• A – contacte pentru conectarea la o sursă de alimentare;
• B – suprafața fierbinte a elementului;
• C – partea rece;
• D – conductoare de cupru;
• E – semiconductor bazat pe joncțiune p;
• F – semiconductor de tip n.

Designul este realizat în așa fel încât fiecare parte a modulului să fie în contact fie cu joncțiuni p-n, fie cu n-p (în funcție de polaritate). Contactele p-n sunt încălzite, contactele n-p sunt răcite (vezi Fig. 3). În consecință, pe părțile laterale ale elementului apare o diferență de temperatură (DT). Pentru un observator, acest efect va arăta ca un transfer de energie termică între părțile laterale ale modulului. Este de remarcat faptul că schimbarea polarității puterii duce la o schimbare a suprafețelor calde și reci.

Orez. 3. A – partea fierbinte a termoelementului, B – partea rece

Specificații

Caracteristicile modulelor termoelectrice sunt descrise de următorii parametri:

• capacitatea de răcire (Q max), această caracteristică se determină pe baza curentului maxim admisibil și a diferenței de temperatură dintre părțile laterale ale modulului, măsurată în wați;
• diferenta maxima de temperatura intre laturile elementului (DT max), parametrul este dat pentru conditii ideale, unitatea de masura este grade;
• curent admisibil necesar pentru a asigura diferența maximă de temperatură – I max;
• tensiunea maximă U max necesară pentru ca curentul I max să atingă diferența de vârf DT max ;
• rezistența internă a modulului – Rezistența, indicată în Ohmi;
• coeficient de eficiență - COP (abreviere din engleză - coeficient de performanță), în esență aceasta este eficiența dispozitivului, care arată raportul dintre răcire și consumul de energie. Pentru elementele ieftine acest parametru este în intervalul 0,3-0,35, pentru modelele mai scumpe se apropie de 0,5.

Marcare

Să ne uităm la modul în care sunt descifrate marcajele tipice ale modulelor folosind exemplul din Figura 4.

Figura 4. Modulul Peltier marcat TEC1-12706

Marcajul este împărțit în trei grupuri semnificative:

1. Desemnarea elementului. Primele două litere sunt întotdeauna neschimbate (TE), indicând faptul că acesta este un termoelement. Următorul indică dimensiunea, pot exista literele „C” (standard) și „S” (mic). Ultimul număr indică câte straturi (cascade) există în element.
2. Numărul de termocupluri din modulul prezentat în fotografie este 127.
3. Curentul nominal este în amperi, pentru noi este de 6 A.

Marcajele altor modele din seria TEC1 sunt citite în același mod, de exemplu: 12703, 12705, 12710 etc.

Aplicație

În ciuda eficienței destul de scăzute, elementele termoelectrice sunt utilizate pe scară largă în măsurare, calcul și aparate de uz casnic. Modulele sunt un element important de operare al următoarelor dispozitive:

• unități frigorifice mobile;
• generatoare mici pentru a genera electricitate;
• Sisteme de răcire în calculatoare personale;
• Racitoare pentru racirea si incalzirea apei;
• dezumidificatoare etc.

Să dăm exemple detaliate de utilizare a modulelor termoelectrice.

Frigider cu elemente Peltier

Unitățile frigorifice termoelectrice sunt semnificativ inferioare ca performanță față de analogii compresorului și de absorbție. Dar au avantaje semnificative, ceea ce face ca utilizarea lor să fie recomandabilă în anumite condiții. Aceste avantaje includ:

• simplitatea designului;
• rezistenta la vibratii;
• absența elementelor în mișcare (cu excepția ventilatorului care sufla radiatorul);
• nivel scăzut de zgomot;
• dimensiuni mici;
• capacitatea de a lucra în orice poziție;
• durată lungă de viață;
• consum redus de energie.

Aceste caracteristici sunt ideale pentru instalațiile mobile.

Element Peltier ca generator de electricitate

Modulele termoelectrice pot funcționa ca generatoare de energie electrică dacă una dintre părțile lor este supusă încălzirii forțate. Cu cât diferența de temperatură dintre laturi este mai mare, cu atât este mai mare curentul generat de sursă. Din păcate, temperatura maximă pentru generatorul termic este limitată; nu poate fi mai mare decât punctul de topire al lipitului utilizat în modul. Încălcarea acestei condiții va duce la defectarea elementului.

Pentru producția de masă a generatoarelor termice se folosesc module speciale cu lipire refractară, care pot fi încălzite la o temperatură de 300°C. În elementele obișnuite, de exemplu, TEC1 12715, limita este de 150 de grade.

Deoarece eficiența unor astfel de dispozitive este scăzută, acestea sunt utilizate numai în cazurile în care nu este posibilă utilizarea unei surse mai eficiente de energie electrică. Cu toate acestea, generatoarele termice de 5-10 W sunt solicitate în rândul turiștilor, geologilor și locuitorilor din zonele îndepărtate. Instalațiile staționare mari și puternice alimentate cu combustibil de înaltă temperatură sunt utilizate pentru alimentarea unităților de distribuție a gazelor, echipamentelor stațiilor meteorologice etc.

Pentru a răci procesorul

Relativ recent, aceste module au început să fie utilizate în sistemele de răcire CPU ale computerelor personale. Având în vedere eficiența scăzută a termoelementelor, beneficiile unor astfel de structuri sunt destul de îndoielnice. De exemplu, pentru a răci o sursă de căldură cu o putere de 100-170 W (corespunzător majorității modelelor moderne de procesoare), va trebui să cheltuiți 400-680 W, ceea ce necesită instalarea unei surse de alimentare puternice.

A doua capcană este că un procesor descărcat va elibera mai puțină energie termică, iar modulul o poate răci sub punctul de rouă. Ca urmare, va începe să se formeze condens, care este garantat că va deteriora electronica.

Cei care decid să creeze singuri un astfel de sistem vor trebui să efectueze o serie de calcule pentru a selecta puterea modulului pentru un anumit model de procesor.

Pe baza celor de mai sus, utilizarea acestor module ca sistem de răcire a procesorului nu este rentabilă; în plus, ele pot cauza defectarea echipamentelor informatice.

Situația este complet diferită cu dispozitivele hibride, unde modulele termice sunt utilizate împreună cu răcirea cu apă sau aer.

Sistemele hibride de răcire și-au dovedit eficiența, dar costul ridicat limitează cercul admiratorilor lor.

Aparat de aer conditionat bazat pe elemente Peltier

Teoretic, un astfel de dispozitiv va fi structural mult mai simplu decât sistemele clasice de climatizare, dar totul se rezumă la performanțe scăzute. Una este să răcești un volum mic al unui frigider, alta este să răcești o cameră sau interiorul unei mașini. Aparatele de aer condiționat care folosesc module termoelectrice vor consuma mai multă energie electrică (de 3-4 ori) decât echipamentele care funcționează cu agent frigorific.

În ceea ce privește utilizarea acestuia ca sistem de control al climatizării auto, puterea unui generator standard nu va fi suficientă pentru a opera un astfel de dispozitiv. Înlocuirea acestuia cu echipamente mai eficiente va duce la un consum semnificativ de combustibil, care nu este rentabil.

În forumurile tematice, apar periodic discuții pe această temă și sunt luate în considerare diverse modele de casă, dar un prototip de lucru cu drepturi depline nu a fost încă creat (fără a lua în considerare aparatul de aer condiționat pentru un hamster). Este foarte posibil ca situația să se schimbe atunci când modulele cu o eficiență mai acceptabilă devin disponibile pe scară largă.

Pentru apa de racire

Elementul termoelectric este adesea folosit ca lichid de răcire pentru răcitoarele de apă. Designul include: un modul de răcire, un controler controlat de termostat și un încălzitor. Această implementare este mult mai simplă și mai ieftină decât un circuit de compresor; în plus, este mai fiabilă și mai ușor de operat. Dar există și anumite dezavantaje:

• apa nu se raceste sub 10-12°C;
• răcirea durează mai mult decât omologul său compresor, prin urmare, un astfel de răcitor nu este potrivit pentru un birou cu un număr mare de angajați;
• dispozitivul este sensibil la temperatura exterioară, într-o cameră caldă apa nu se va răci la temperatura minimă;
• Nu se recomandă instalarea în încăperi cu praf, deoarece ventilatorul se poate înfunda și modulul de răcire se poate defecta.

Răcitor de apă de masă folosind element Peltier

Uscător de aer pe bază de elemente Peltier

Spre deosebire de un aparat de aer condiționat, implementarea unui dezumidificator folosind elemente termoelectrice este destul de posibilă. Designul este destul de simplu și ieftin. Modulul de răcire scade temperatura radiatorului sub punctul de rouă, ca urmare, umezeala conținută în aerul care trece prin dispozitiv se depune pe acesta. Apa decantată este evacuată într-un rezervor special de stocare.

În ciuda eficienței scăzute, în acest caz eficiența dispozitivului este destul de satisfăcătoare.

Cum să te conectezi?

Nu vor exista probleme la conectarea modulului; trebuie aplicată o tensiune constantă la firele de ieșire; valoarea acesteia este indicată în fișa tehnică a elementului. Firul roșu trebuie conectat la pozitiv, firul negru la negativ. Atenţie! Inversarea polarității inversează pozițiile suprafețelor răcite și încălzite.

Cum se verifică funcționalitatea elementului Peltier?

Cea mai simplă și mai fiabilă metodă este tactilă. Este necesar să conectați modulul la sursa de tensiune corespunzătoare și să atingeți diferitele sale părți. Pentru un element de lucru, unul dintre ele va fi mai cald, celălalt mai rece.

Dacă nu aveți o sursă potrivită la îndemână, veți avea nevoie de un multimetru și o brichetă. Procesul de verificare este destul de simplu:

1. conectați sondele la bornele modulului;
2. aduceți bricheta aprinsă pe una dintre părți;
3. Observăm citirile dispozitivului.

În modulul de lucru, atunci când una dintre laturi este încălzită, se generează un curent electric, care va fi afișat pe afișajul dispozitivului.

Cum să faci un element Peltier cu propriile mâini?

Este aproape imposibil să faci acasă un modul de casă, mai ales că nu are rost să faci asta, având în vedere costul relativ scăzut al acestora (aproximativ 4-10 USD). Dar puteți asambla un dispozitiv care va fi util pe o excursie, de exemplu, un generator termoelectric.

Pentru a stabiliza tensiunea, este necesar să asamblați un convertor simplu pe cipul L6920 IC.

La intrarea unui astfel de convertor este furnizată o tensiune în intervalul 0,8-5,5 V; la ieșire va produce o tensiune stabilă de 5 V, care este suficient pentru a reîncărca majoritatea dispozitivelor mobile. Dacă se utilizează un element Peltier convențional, este necesar să se limiteze intervalul de temperatură de funcționare a părții încălzite la 150 °C. Pentru a evita necazul urmăririi, este mai bine să folosiți o oală cu apă clocotită ca sursă de căldură. În acest caz, elementul este garantat să nu se încălzească peste 100 °C.

Un număr mare de dispozitive electronice absorb energie electrică, care trebuie reînnoită constant. Pe drum, trebuie să porți cu tine surse de curent chimic sau să generezi electricitate din energie mecanică folosind dispozitive complexe și voluminoase.

Tip de generator termoelectric

Chiar și mai devreme, Seebeck a descoperit apariția termo-EMF într-un circuit de conductori diferiți atunci când se mențin temperaturi diferite la punctul de contact. Pe baza efectelor termoelectrice, a fost creat un așa-numit element sau modul Peltier, care constă din 2 plăci ceramice cu un bimetal situat între ele. Când se aplică curent electric prin ele, o parte a plăcii se încălzește și cealaltă se răcește, ceea ce face posibilă crearea frigiderelor din ele. Figura de mai jos prezintă module de diferite dimensiuni utilizate în tehnologie.

Module Peltier de diferite dimensiuni

Procesul este reversibil: dacă mențineți o diferență de temperatură între elementele de pe ambele părți, acestea vor genera un curent electric, ceea ce permite dispozitivului să fie folosit ca generator termoelectric pentru a genera o cantitate mică de electricitate.

Efectul Peltier este eliberarea de căldură în punctul de contact al conductorilor diferiți atunci când curentul electric trece prin ei.

Principiul de funcționare al modulelor

La contactul unor conductori diferiți, căldura este eliberată sau absorbită în funcție de direcția curentului electric. Fluxul de electroni are energie potențială și cinetică. Densitatea de curent în conductorii de contact este aceeași, dar densitățile fluxului de energie sunt diferite.

Dacă energia care curge în contact este mai mare decât energia care curge din acesta, aceasta înseamnă că electronii sunt încetiniți în punctul de tranziție de la o regiune la alta și încălzesc rețeaua cristalină (câmpul electric le încetinește mișcarea). Când direcția curentului se schimbă, are loc procesul invers de accelerare a electronilor, când energia este preluată din rețeaua cristalină și are loc răcirea acesteia (direcțiile câmpului electric și mișcarea electronilor coincid).

Diferența de energie a sarcinilor la limita semiconductorilor este cea mai mare și efectul se manifestă cel mai puternic acolo.

Modulul Peltier

Cel mai comun este modulul termoelectric (TEM), care este semiconductoare de tip p și n conectate între ele prin conductori de cupru.

Diagrama principiului de funcționare al modulului

Într-un element există 4 tranziții între metal și semiconductori. Într-un circuit închis, fluxul de electroni se deplasează de la polul negativ al bateriei la cel pozitiv, trecând secvențial prin fiecare tranziție.

În apropierea primei tranziții semiconductoare de tip cupru-p, căldura este eliberată în zona semiconductoare pe măsură ce electronii se deplasează într-o stare cu energie mai mică.

Aproape de următoarea graniță cu metalul din semiconductor, căldura este absorbită datorită „sugării” electronilor din zona de conductivitate p sub influența unui câmp electric.

În a treia tranziție, electronii intră în semiconductorul de tip n, unde au o energie mai mare decât în ​​metal. În acest caz, energia este absorbită și semiconductorul este răcit lângă limita de tranziție.

Ultima tranziție este însoțită de un proces invers de eliberare de căldură în n-semiconductor datorită tranziției electronilor într-o zonă cu energie mai mică.

Deoarece tranzițiile de încălzire și răcire sunt în planuri diferite, elementul Peltier va fi răcit de sus și încălzit de jos.

În practică, fiecare element conține un număr mare de tranziții de încălzire și răcire, ceea ce duce la formarea unei diferențe de temperatură vizibile, ceea ce face posibilă crearea unui generator termoelectric.

Cum arată structura modulului?

Elementul Peltier conține un număr mare de paralelipipede semiconductoare de tip p și n, conectate în serie cu jumperi metalici - contacte termice, cealaltă parte în contact cu placa ceramică.

Telurura de bismut și germanura de siliciu sunt folosite ca semiconductori.

Avantajele și dezavantajele TEM

Avantajele unui modul termoelectric (TEM) includ:

• dimensiuni mici;
• capacitatea de a opera atât răcitoare, cât și încălzitoare;
• reversibilitatea procesului la schimbarea polarității, permițându-vă să mențineți o valoare exactă a temperaturii;
• absența elementelor în mișcare care de obicei se uzează.

Dezavantajele modulelor:

• eficiență scăzută (2-3%);
• necesitatea de a crea o sursă care să ofere o diferență de temperatură;
• consum semnificativ de energie;
• preț mare.

În ciuda dezavantajelor, TEM-urile sunt utilizate acolo unde costurile ridicate ale energiei nu sunt importante:

• răcire cipuri, părți ale camerelor digitale, lasere cu diode, oscilatoare cu cuarț, detectoare cu infraroșu;
• utilizarea cascadelor TEM pentru a atinge temperaturi scăzute;
• crearea de frigidere compacte, de exemplu, pentru mașini;
• generator termoelectric pentru încărcarea dispozitivelor mobile.

Cu productivitate redusă, este indicat să folosiți TEG-uri în condiții de camping, unde este necesar să obțineți energie electrică pentru a încărca un telefon mobil sau un bec LED. Simplitatea designului vă permite să faceți un generator electric cu propriile mâini.

Sursele alternative includ, de asemenea, panouri solare sau un generator eolian. Primele necesită condiții speciale - prezența luminii solare, care este posibil să nu fie întotdeauna disponibilă. O altă sursă este mare și necesită vânt. Un alt dezavantaj este prezența pieselor mobile care reduc fiabilitatea și sunt grele.

Termogeneratoare industriale

BioLite a dezvoltat un nou model pentru drumeții care vă permite să gătiți alimente într-o sobă cu lemne compactă, portabilă și, în același timp, să vă încărcați dispozitivul mobil de la TEG încorporat.

Soba cu lemne portabila compacta

Aparatul va fi la îndemână peste tot: pescuit, drumeții, la dacha. Orice arde poate fi folosit drept combustibil.

Când combustibilul este ars în cuptor, căldura este transferată prin perete către modul, care generează electricitate. La o tensiune de 5V, puterea de ieșire este de 2-4 W, ceea ce este suficient pentru a încărca multe tipuri de dispozitive mobile și pentru a opera iluminarea LED. Săgeata roșie arată direcția de mișcare a căldurii, săgeata albastră arată aerul rece în cuptor, săgeata galbenă indică alimentarea cu energie electrică pentru a roti ventilatorul de admisie a aerului și la ieșirea generatorului prin USB.

Schema de funcționare a BioLite TEG pe lemn

Cuptorul generator Indigirka, dezvoltat de compania Kryotherm din Sankt Petersburg, are următoarele caracteristici:

• putere termică – 6 kW;
• greutate – 56 kg;
• dimensiuni – 500x530x650 mm;
• e-mail putere la tensiune 5V – 60 W.

Soba este o sobă convențională de încălzire și gătit, cu generatoare termoelectrice atașate pe ambele părți.

Cum arată cuptorul generator termoelectric Indigirka?

Dispozitivul este destul de convenabil, dar prețul este impresionant - 50 de mii de ruble. Deși aragazul este destinat condițiilor de camping, în mod clar nu va fi accesibil pentru vânătorii și pescarii obișnuiți. Ca sistem de încălzire, nu este mai bun decât modelele convenționale și mai ieftine.

Dacă atașați un TEG la o sobă simplă, dispozitivul de casă va funcționa perfect.

DIY TEG

Pentru a asambla un generator termoelectric cu propriile mâini, aveți nevoie de următoarele elemente:

1. Modul. Pentru a genera curent electric, nu pot fi folosite toate modulele, ci numai cele care pot rezista la încălzire până la 300-400 0 C. Este necesară existența unei rezerve de încălzire, deoarece chiar și cu o ușoară supraîncălzire elementul eșuează. Cele mai comune modele sunt de tip TEC1-12712 sub formă de plăci pătrate cu dimensiunea laterală de 40, 50 sau 60 mm.

Dacă luăm dimensiunea maximă, este suficient să folosim un element într-un design DIY. Primele 3 cifre ale marcajului - 127 - înseamnă câte elemente sunt conținute într-o singură placă. Ultimele numere arată curentul maxim admis, care este de 12 A.

1. Boost convertor. Este necesar să se obțină o tensiune constantă de 5V. Generatorul poate produce mai puțină tensiune, care trebuie crescută. Dispozitivele sunt produse străine (tipurile 5V NCP1402 și MAX 756) și domestice (3.3V/5V EK-1674). Pentru a vă încărca telefonul mobil, ar trebui să alegeți un dispozitiv cu conector USB.
2. Încălzitor. Cele mai simple opțiuni sunt un foc, o lumânare, o lampă de casă sau o sobă în miniatură.
3. Mai rece. Cel mai simplu mod este să folosești apă sau, iarna, zăpadă.
4. Elemente de legătură. Este necesar un echipament pentru a crea diferența maximă posibilă de temperatură între cele două părți ale plăcii. Aici alegerea este la latitudinea meșterilor; aceștia folosesc cel mai adesea 2 căni sau tigăi de diferite dimensiuni, ale căror mânere sunt tăiate cu ferăstrău și unde una este introdusă în cealaltă. Între ele este plasat un modul și se asigură cu pastă termică. 2 fire sunt lipite de el și conectate la un convertor de tensiune.

Pentru a crește eficiența generatorului, fundul suprafețelor metalice ale cănilor sau tigăilor în contact cu placa generatorului trebuie lustruit. În plus, pe spațiile dintre fundul cănilor mai mici și mai mari se aplică un material de etanșare rezistent la căldură. Apoi căldura de la încălzire va fi localizată în locația modulului.

Firele dintre modul și convertor sunt protejate cu izolație rezistentă la căldură și etanșant.

Se toarnă apă în cana interioară, iar întreaga structură este pusă pe foc. După câteva minute, puteți verifica tensiunea de ieșire cu un multimetru.

Pentru a asambla singur un generator termoelectric, veți avea nevoie de următoarele materiale:

1. element Peltier”;
2. o carcasă dintr-o sursă de alimentare veche a computerului pentru realizarea unui mini-foc;
3. convertor de tensiune cu ieșire USB la 5V cu intrare 1-5V;
4. radiator cu cooler procesor;
5. pasta termica.

Costurile aici sunt mici și dispozitivul este destul de capabil să încarce un telefon mobil. Generatorul auto-asamblat este un analog al modelului străin de la BioLite. Dacă îl asamblați cu atenție, dispozitivul va funcționa în mod fiabil pentru o lungă perioadă de timp, deoarece nu există nimic de spart aici. Este important doar să nu supraîncălziți elementul Peltier, ceea ce ar putea cauza defectarea acestuia.

Când folosiți un răcitor pentru a răci un radiator, acesta ar trebui să fie conectat la un generator, după care o parte din energia generată va fi cheltuită pentru răcire.

În ciuda consumului suplimentar de energie, eficiența instalației va crește. Dacă radiatorul se încălzește foarte mult în timpul funcționării, este necesar să luați măsuri pentru a-l răci. În caz contrar, eficiența de funcționare a generatorului va fi scăzută.

Caracteristicile generatorului sunt următoarele:

• tensiune de ieșire – 5V;
• putere de sarcină – 0,5A;
• tip de ieșire – USB;
• combustibil - orice.

Dispozitivul este fabricat după cum urmează:

• dezasamblați sursa de alimentare, lăsând carcasa;
• lipiți modulul Peltier pe calorifer cu pastă termică. Este necesar să se lipească cu partea rece unde se aplică marcajul;
• curățați și lustruiți suprafața laterală exterioară a carcasei sursei de alimentare și lipiți elementul de ea cu cealaltă parte (împreună cu radiatorul);
• Lipiți firele de la intrarea convertorului de tensiune la bornele plăcii.

Puteți verifica TEG-ul punând ramuri subțiri în interiorul focarului și dându-le foc. După câteva minute, vă puteți conecta telefonul, ceea ce necesită o diferență de temperatură de 100 0 C între părțile laterale ale modulului pentru reîncărcare.Figura de mai jos arată generatorul asamblat.

Generator termoelectric asamblat DIY

Când utilizați TEG, este necesar să respectați polaritatea conectării modulelor.

Video. Generator termoelectric

Efectul Peltier face posibilă crearea de mici generatoare și frigidere care funcționează fără părți în mișcare. Îmbunătățirea calității modulelor și reducerea consumului de energie al dispozitivelor mobile vă permite să creați un generator termoelectric cu propriile mâini pentru a încărca bateriile și a furniza o cantitate mică de energie diferitelor dispozitive unde eficiența nu este deosebit de importantă.

Energie și baterii,

DIY sau Do It Yourself

Bună, numele meu este Danil și sunt paranoic. Paranoia mea constă în faptul că sunt convins de sosirea iminentă a Marii Vulpi Arctice. Nu contează sub ce formă va veni această vulpe arctică - dacă rămânem în viață, atunci, cel mai probabil, va trebui să începem să trăim de la zero. Și viața este mult mai distractivă când ai ceva de încărcat bateriile din lanternă și dozimetru. Pentru cei care gandesc la fel (la fel si toti cei curiosi), va rog sa decupati mai jos (atentie, fotografii grele).

Partea de cercetare

De fapt, de ce elementul Peltier? Este mult mai logic să achiziționați o lanternă cu o unitate musculară („gândacul de pământ”), panouri solare sau, în cel mai rău caz, să construiți o moară de vânt. Anterior, am crezut și că este foarte posibil să mă descurc cu gândacii de pământ. Dar are o mulțime de piese mobile, care sunt făcute de unchiul Liao din plastic ieftin. Prima defecțiune în condițiile Marii Vulpe Arctică - și rămâi fără electricitate.

Ei bine, vă întrebați, de ce nu panouri solare? Nu există piese în mișcare. Sunt de acord, o să răspund, dar în condiții de iarnă nucleară sau vulcanică sau sub un acoperiș de beton de doi metri al unui adăpost, nu este atât de ușor să prinzi soarele.

Moara de vant? Ce zonă ar trebui să fie palele sale pentru a se putea învârti chiar și într-un vânt slab? Piese în mișcare, din nou. Moara de vânt este potrivită pentru instalarea permanentă la echiparea unui adăpost pe termen lung.

Luând în considerare aceste argumente, am devenit descurajat. Dar în curând am dat din greșeală de site-ul nepropadu.ru (fără publicitate, doar un link către materialul sursă). Am stat pe ea încontinuu două zile, iar pe parcursul procesului am dat peste un articol foarte interesant despre o sobă cu așchii de lemne realizată dintr-o unitate de alimentare a computerului cu element Peltier în lateral (link la sfârșitul postării). Au fost o mulțime de sceptici în comentarii, dar autorul a scris că a încărcat calm telefonul de la un convertor chinezesc DC-DC conectat... Am rămas cucerit.

Partea de design

Pentru început, am comandat același element Peltier de la chinezi pe e-Bay (suficient pentru experimente). M-a costat 320 de ruble. Ceea ce m-a încântat a fost livrarea rapidă, de urmărire, dar gratuită. În plus, mărfurile au fost trimise literalmente la o oră după plată (și a fost duminică).

În timp ce elementul Peltier călătorea, m-am gândit la proiectarea viitorului generator termoelectric, am găsit un radiator potrivit cu un ventilator (un radiator de procesor vechi funcționa perfect) și, de asemenea, am dezgropat pe Internet un circuit pentru un convertor DC-DC cu un curent de ieșire maxim de 1 amper la o tensiune de 5 volți.

Nu am considerat indicat sa realizez o soba cu aschii de lemne urmand exemplul din articolul respectiv. Metalul din care este fabricat hardware-ul computerului este foarte moale; se va „scufunda” atunci când este expus la temperaturi ridicate și se va arde rapid. Prin urmare, s-a decis să se realizeze o „versiune detașabilă” a generatorului, care să poată fi montată pe o sobă staționară sau sprijinită de o oală stând pe foc. Și pentru a evita prăjirea elementului Peltier la foc deschis în astfel de condiții, era nevoie de o garnitură rezistentă la căldură, dar termoconductoare. Pentru a face acest lucru, am reușit să obțin o bucată de placă groasă de aluminiu de 100x120x5 milimetri.

Pentru a apăsa elementul Peltier pe substratul de aluminiu și, la rândul său, a apăsa radiatorul pe acesta, am decis să folosesc un set de construcții metalice pentru copii pe care l-am cumpărat cândva pentru nevoile robotice.

Dar elementul Peltier a sosit și a venit timpul pentru asamblare.

Partea tehnologica

Aveam un radiator, o placă de aluminiu, un element Peltier, o mână de componente radio, o bucată de PCB din folie și o varietate de șuruburi și piulițe. nu-mi amintesc mai departe.

Deci, toate componentele sunt asamblate, puteți începe asamblarea.

Îmi cer scuze pentru placa care a fost marcată și găurită în două locuri - abia mai târziu mi-a trecut prin minte că ar fi frumos să fotografiez de la bun început întregul proces de asamblare.

Prima problemă care m-a așteptat a fost ventilatorul standard de 12 volți de pe calorifer. Deoarece voi produce doar 5 volți și chiar și la un curent maxim destul de mic, acest lucru ar putea crea o problemă.

Mai întâi, mi-am aruncat momeala în toate magazinele de radio și computere din Perm, dar nicăieri nu exista un ventilator de 5 volți, 80x80 milimetri. Și dacă erau, erau mai mici ca dimensiuni și cu un curent de peste 200 mA, ceea ce era prea mult.

Apoi am făcut câteva săpături pe eBay și am constatat că ventilatorul de care aveam nevoie a costat de la 300 de ruble. Dar a fost inutil să sper la livrare rapidă, așa că am lăsat această opțiune ca rezervă.

Și numai după toate căutările am ghicit să conectez ventilatorul standard de 12 volți la o sursă de tensiune de 5 volți. S-a dovedit că suflă destul de bine și, în același timp, nu consumă foarte mult curent. Prin urmare, am decis să-l las deocamdată, iar după testare, dacă este necesar, comand un fan pe eBay.

Am marcat o placă de aluminiu și am făcut două găuri în ea pentru montarea radiatorului și două pentru placa convertor de tensiune. Găurile le-am făcut cu diametrul de 4 milimetri (pentru șuruburile de la designer), iar la exterior le-am lărgit la 7,5 milimetri pentru a ascunde capetele șuruburilor. După aceea, am rotunjit colțurile ascuțite cu o pila și am parcurs cu șmirghel grosier peste toate suprafețele plăcii și cu șmirghel fin unde a fost presat elementul Peltier.

În acest moment, am considerat procesarea substratului finalizată și am început fabricarea convertorului de tensiune.
Convertorul de tensiune impuls impuls este asamblat pe IC L6920, care începe să funcționeze la o tensiune de intrare de 0,8 volți și vă permite să eliminați o tensiune fixă ​​de 3,3 sau 5 volți, sau variabilă de la 1,8 până la 5,5 volți, de la ieșire.

Schema schematică a convertorului este tipică și luată din fișa de date.

Pentru a obține 5 volți la ieșirea circuitului, piciorul 1 este conectat la firul comun. De asemenea, este configurat să iasă un nivel scăzut pe pinul 3 atunci când tensiunea de intrare scade sub 1,5 volți.

Pentru circuit, a fost amenajată o placă de circuit imprimat, pe care s-a asigurat fixarea pe suportul de bază folosind aceleași piese din setul de designer pentru copii. Nu sunt îngrijorat de supraîncălzirea plăcii, deoarece a forțat răcirea de un flux de aer suflat din calorifer.

A trebuit să mă chinesc cu macro-ul carcasei care conținea microcircuitul cumpărat. Pe site-ul magazinului s-a precizat că a fost în cazul SSOP-8. După cum se dovedește, nu există un astfel de caz în setul standard de macrocomenzi Sprint Layout. Am găsit un desen al carcasei SSOP-8 și am făcut o macro, după care am rutat placa. După o imprimare de test, s-a dovedit că microcircuitul este ceva mai larg și nu se potrivește pe plăcuțele sale de contact. Căutarea pe Google a unui model de cip specific (L6920D) m-a condus la site-ul web Chip-Dip, unde am aflat că IC-ul cu index D este fabricat în pachetul TSSOP-8. Scărpinându-mă, am găsit un desen al acestei carcase, am creat o macro și am redirecționat placa. Acum totul s-a dovedit a fi corect.

Placa a fost realizată folosind LUT și asamblată. S-a dovedit că lipirea carcasei TSSOP-8 fără uscător de păr este foarte incomod. Dar suntem oameni experimentați, am lipit microcircuite FTDI cu un pas de pin de 0,4 milimetri.

Acum puteți începe să instalați elementul Peltier și radiatorul. Am acoperit substratul și radiatorul în punctele de contact cu elementul cu pastă termică. Apoi a strâns „sandvișul” rezultat cu nuci.

S-a dovedit că placa convertor nu se potrivește, conectorul de intrare se sprijină pe radiator, am calculat ușor greșit. Am răsturnat suporturile de montare, am atârnat placa afară și am adăugat încă două suporturi pentru a proteja elementele de deteriorarea mecanică. Iată cu ce am ajuns:

Acum puteți verifica funcționalitatea generatorului. L-am incalzit pe un arzator pe gaz. Am decis să nu instalez un ventilator deocamdată.

Pentru început, s-a dovedit că am amestecat polaritatea conectării elementului la convertor. Deși totul părea să fie corect - firul negru este la minus, firul roșu este la pozitiv. Cu toate acestea, generatorul nu a vrut să funcționeze. Apoi am schimbat polaritatea conexiunii elementului.

Generatorul a început să funcționeze - mai întâi ambele LED-uri s-au aprins, semnalând prezența a 5 volți la ieșire și tensiune scăzută la intrare, apoi LED-ul roșu s-a stins - tensiunea a crescut peste un volt și jumătate.

Spre nemulțumirea mea, s-a dovedit că fără ventilator, după câteva minute de funcționare a sistemului, radiatorul s-a fierbinte vizibil. Nu va funcționa așa.

A doua zi, m-am plimbat prin piața de metal și mai multe piețe de vechituri de computere, dar când am întrebat de ventilatoare de 5 volți, au ridicat din umeri peste tot și m-au sfătuit să merg „în locul ăla de acolo” că am fost deja într-un acum câteva minute. Drept urmare, am plecat acasă cu mâinile goale.

Acasă, am efectuat un experiment privind alimentarea unui ventilator standard de 12 volți de la ieșirea de 5 volți a convertorului. Rezultatele nu m-au mulțumit - convertorul, cu o reticență evidentă, a stins LED-ul roșu, iar ventilatorul s-a zvâcnit slab timp de câteva secunde, încercând să pornească. Fluxul de aer de la ventilatorul care mergea la jumătate de putere nu a fost suficient pentru răcirea normală - caloriferul s-a încălzit la fel de repede, deși nu mi-a mai ars degetele. Până la urmă, am decis să comand ventilatorul de pe Ebay.

Rezultat

În ciuda eficienței scăzute a elementului Peltier în modul de generare, am obținut totuși un rezultat intermediar - la conectarea unei baterii portabile cu un curent de încărcare declarat de 1000 mA la ieșirea convertorului, generatorul a putut produce un curent de aproximativ 600 mA. Cred că acest curent este suficient pentru a încărca majoritatea gadgeturilor în condițiile Marii Vulpi Arctice.

Când sosește ventilatorul (Ibay promite de la mijlocul lunii martie până la începutul lunii aprilie), voi verifica răcirea. În plus, va trebui să testați funcționarea generatorului în condiții de „luptă” - la un incendiu.

Îmi cer scuze pentru calitatea fotografiilor - nu sunt foarte fotograf. Link către articolul care m-a inspirat.

Generator termoelectric Peltier se bazează pe așa-numitul „Efectul Peltier”, care a fost descoperit de oamenii de știință în 1834. Constă în faptul că, atunci când curentul electric este trecut într-un circuit închis, care constă din două plăci conectate (metal sau semiconductor), în ele va apărea o diferență de temperatură. Adică, un element se va încălzi, iar al doilea se va răci. Efectul opus a fost descoperit chiar mai devreme de omul de știință german Seebeck. Poate fi formulat astfel: într-un circuit închis de doi conductori, ale căror contacte au temperaturi diferite, ia naștere un curent.

De fapt, ne interesează doar ultima opțiune, folosind care vom primi curent. Deci, poate, ar fi mai corect să vorbim despre un generator termoelectric Peltier-Seebeck.

Este imediat de remarcat faptul că eficiența unui astfel de generator este foarte scăzută. Și cu greu te poți aștepta ca energia primită să fie suficientă pentru ceva mai mult decât încărcarea unui telefon sau aprinderea unui bec. Dar pentru turiști și doar pasionați acest lucru este suficient.

Pot fi folosite diferite modele pentru a genera curent. Cel mai simplu este o „cană”, din care o parte este încălzită de foc, iar a doua este răcită cu apă. Ne vom uita la 3 generatoare termoelectrice Peltier.

Pentru asta avem nevoie de:

• Modulul Peltier. Vă recomandăm TEC1-12712. Vă rugăm să rețineți că acest modul este disponibil în trei versiuni: 40x40, 50x50, 60x60. Cu cât dimensiunea este mai mare, cu atât costul este mai mare (aproximativ 1000-2000 de ruble). Vom avea nevoie fie de 1 modul care măsoară 60x60 sau mai mare, fie de 2 module de 40x40. Primele 3 cifre sunt numărul de elemente (127). Ultimele două cifre din marcaj sunt curentul maxim. În cazul nostru - 12A.
• Boost convertor tensiune constantă (până la 5V). În cele mai multe cazuri, vom avea nevoie de un curent cu o tensiune de 5V. Acest lucru este suficient pentru a încărca un telefon, o lanternă, un radio și pentru a rula o lampă incandescentă obișnuită. Dar generatorul nostru va produce cel mai probabil un curent de tensiune mai scăzut. Este necesar să-l măsurați și să adăugați convertorul corespunzător la sistem. Ele pot fi fie produse pe plan intern - KR1446PN1 (sau KR1446PN1E); boost convertor 3.3B/5B EK-1674. Deci și importat - 5V NCP1402; MAX 756. Prețurile lor pot varia semnificativ, dar cu puțină căutare, puteți cumpăra un convertor potrivit pentru mai puțin de 10 USD. Ieșirea convertorului depinde de la ce va fi folosit termogeneratorul Peltier. Dacă pentru încărcarea unui telefon mobil - un conector USB etc.
• Un element de încălzire. Cel mai simplu este un incendiu. Alternativ, puteți folosi lumânări (va trebui doar să reglați generatorul pe măsură ce lumânarea se topește). Principiul aici este simplu - trebuie să transferați cât mai multă căldură posibil către modulul Peltier. Prin urmare, sursa trebuie să fie fie foarte fierbinte - focul unei sobe cu gaz, un foc. Sau pierderea de căldură trebuie redusă la minimum. Pentru a face acest lucru, elementul de încălzire poate fi plasat într-un pahar sau cutie. Mai jos ne vom opri asupra acestui lucru în detaliu.
• Element de răcire. Cel mai simplu este apa sau gheața uscată. Dacă vă aflați în apropierea unui râu, puteți încerca să folosiți apă rece. În acest caz, elementul de încălzire va fi deasupra.

Am abordat teoria, acum este timpul pentru practică.

Trebuie doar să selectăm ultimul element - elementele de legătură. Sarcina lor este de a crea diferența maximă de temperatură între plăcile modulului Peltier. Aici este loc pentru imaginația ta să se dezlănțuie și multe depind de unde, cum și de ce asamblați generatorul Peltier, așa că vom da pur și simplu exemple.

Exemplul 1. Două căni de metal de diferite dimensiuni, cu mânere tăiate. Puteți lua o căruță sau o cratiță mică. Punem tigaia pe foc (puteți folosi și o sobă electrică), punem modulul deasupra și o acoperim cu o cană mai mică sau o oală plină cu gheață, zăpadă sau doar apă rece. Apoi, lipim un fir la ieșirea generatorului care duce la intrarea convertorului de tensiune. Înainte de aceasta, suprafețele, desigur, trebuie lustruite. Ar trebui să aplicați și pastă termică; acest lucru va fi discutat mai detaliat mai jos.

Exemplul 2. Vom avea nevoie de o lumânare Ikea, o cană, un călnic și o farfurie din duraluminiu. Folosind adeziv rezistent la căldură, lipiți modulul Peltier pe placă. Pe cealaltă parte a modulului lipim și fundul oalului.

Exemplul 3. Luăm un modul cu 127 de elemente, dimensiuni 50x50. Veți avea nevoie și de două bare de aluminiu ale căror suprafețe de contact le lustruim în prealabil și aplicăm pastă termică. Lipim barele pe ambele părți ale modulului. Atașăm un radiator la blocul „rece”. Și îl punem pe cel „fierbinte” pe un arzător funcțional al aragazului electric.

Puterea acestui monstru a fost suficientă pentru a aprinde un bec de 10 wați cu o tensiune de până la 6V.

Dezavantajul tuturor opțiunilor anterioare este că este dificil să organizezi o răcire eficientă acasă. Gheața se va topi și radiatorul se va încălzi. Dar în condiții „sălbatice” totul poate fi mai simplu: puteți folosi apa de râu sau zăpada pentru răcire, iar focul menționat mai sus pentru încălzire.

Important! Eficiența generatorului Peltier este foarte scăzută, astfel încât fiecare oportunitate ar trebui folosită pentru a îmbunătăți eficiența. Toate acestea, într-un fel sau altul, au ca scop reducerea pierderilor de căldură.

În primul rând, pentru o mai bună conductivitate termică, suprafața elementelor de legătură care intră în contact cu modulul trebuie lustruită până la un finisaj în oglindă. Pentru a face acest lucru, puteți folosi o mașină sau un burghiu cu un tampon de pâslă introdus pe care se aplică pasta GOI.

Apoi trebuie acoperite cu pastă termică, care conduce bine căldura. Îl puteți obține la orice magazin de radio sau computere.

De asemenea, puteți aplica un etanșant rezistent la căldură în locurile prin care scapă căldura. În primul nostru design, acesta va fi spațiul dintre fundul oalului mai mare și cea mai mică. Datorită acestui fapt, căldura rezultată nu se va „risipi” pe întreaga suprafață a fundului cănii exterioare. Acest lucru nu este necesar dacă fundul tău are aproximativ aceeași dimensiune, așa cum se arată în fotografia de mai jos.

Atât ceașca, cât și oala au aproximativ același diametru - toată căldura din ceașcă merge în sus către modulul Peltier.

Dacă firele dintre modul și convertor se află într-o „zonă fierbinte”, acestea ar trebui, de asemenea, izolate cu material de etanșare sau pânză rezistentă la căldură.

Curentul rezultat poate fi măsurat cu un tester, LED, bec de putere redusă etc. Rețineți că curentul nu apare imediat după pornire, ci după 1-2 minute.

Echipamentele frigorifice au devenit atât de ferm stabilite în viața noastră încât este chiar dificil să ne imaginăm cum ne-am putea descurca fără ele. Dar modelele clasice de refrigerant nu sunt potrivite pentru utilizarea mobilă, de exemplu, ca o geantă frigorifică de călătorie.

In acest scop se folosesc instalatii in care principiul de functionare se bazeaza pe efectul Peltier. Să vorbim pe scurt despre acest fenomen.

Ce este?

Acest termen se referă la un fenomen termoelectric descoperit în 1834 de naturalistul francez Jean-Charles Peltier. Esența efectului este degajarea sau absorbția de căldură în zona în care sunt în contact conductori diferiți prin care trece curentul electric.

În conformitate cu teoria clasică, există următoarea explicație a fenomenului: curentul electric transferă electroni între metale, care pot accelera sau încetini mișcarea acestora, în funcție de diferența de potențial de contact în conductorii din diferite materiale. În consecință, odată cu creșterea energiei cinetice, aceasta este transformată în energie termică.

Pe cel de-al doilea conductor, se observă un proces invers, care necesită reumplere cu energie, în conformitate cu legea fundamentală a fizicii. Acest lucru se întâmplă din cauza vibrațiilor termice, care provoacă răcirea metalului din care este realizat al doilea conductor.

Tehnologiile moderne fac posibilă producerea de elemente semiconductoare-module cu efect termoelectric maxim. Este logic să vorbim pe scurt despre designul lor.

Proiectare și principiu de funcționare

Modulele moderne sunt o structură formată din două plăci izolatoare (de obicei ceramice), cu termocupluri conectate în serie situate între ele. O diagramă simplificată a unui astfel de element poate fi găsită în figura de mai jos.

Denumiri:

• A – contacte pentru conectarea la o sursă de alimentare;
• B – suprafața fierbinte a elementului;
• C – partea rece;
• D – conductoare de cupru;
• E – semiconductor bazat pe joncțiune p;
• F – semiconductor de tip n.

Designul este realizat în așa fel încât fiecare parte a modulului să fie în contact fie cu joncțiuni p-n, fie cu n-p (în funcție de polaritate). Contactele p-n sunt încălzite, contactele n-p sunt răcite (vezi Fig. 3). În consecință, pe părțile laterale ale elementului apare o diferență de temperatură (DT). Pentru un observator, acest efect va arăta ca un transfer de energie termică între părțile laterale ale modulului. Este de remarcat faptul că schimbarea polarității puterii duce la o schimbare a suprafețelor calde și reci.

Orez. 3. A – partea fierbinte a termoelementului, B – partea rece

Specificații

Caracteristicile modulelor termoelectrice sunt descrise de următorii parametri:

• capacitatea de răcire (Q max), această caracteristică se determină pe baza curentului maxim admisibil și a diferenței de temperatură dintre părțile laterale ale modulului, măsurată în wați;
• diferenta maxima de temperatura intre laturile elementului (DT max), parametrul este dat pentru conditii ideale, unitatea de masura este grade;
• curent admisibil necesar pentru a asigura diferența maximă de temperatură – I max;
• tensiunea maximă U max necesară pentru ca curentul I max să atingă diferența de vârf DT max ;
• rezistența internă a modulului – Rezistența, indicată în Ohmi;
• coeficient de eficiență - COP (abreviere din engleză - coeficient de performanță), în esență aceasta este eficiența dispozitivului, care arată raportul dintre răcire și consumul de energie. Pentru elementele ieftine acest parametru este în intervalul 0,3-0,35, pentru modelele mai scumpe se apropie de 0,5.

Marcare

Să ne uităm la modul în care sunt descifrate marcajele tipice ale modulelor folosind exemplul din Figura 4.

Figura 4. Modulul Peltier marcat TEC1-12706

Marcajul este împărțit în trei grupuri semnificative:

1. Desemnarea elementului. Primele două litere sunt întotdeauna neschimbate (TE), indicând faptul că acesta este un termoelement. Următorul indică dimensiunea, pot exista literele „C” (standard) și „S” (mic). Ultimul număr indică câte straturi (cascade) există în element.
2. Numărul de termocupluri din modulul prezentat în fotografie este 127.
3. Curentul nominal este în amperi, pentru noi este de 6 A.

Marcajele altor modele din seria TEC1 sunt citite în același mod, de exemplu: 12703, 12705, 12710 etc.

Aplicație

În ciuda eficienței destul de scăzute, elementele termoelectrice sunt utilizate pe scară largă în măsurare, calcul și aparate de uz casnic. Modulele sunt un element important de operare al următoarelor dispozitive:

• unități frigorifice mobile;
• generatoare mici pentru a genera electricitate;
• Sisteme de răcire în calculatoare personale;
• Racitoare pentru racirea si incalzirea apei;
• dezumidificatoare etc.

Să dăm exemple detaliate de utilizare a modulelor termoelectrice.

Frigider cu elemente Peltier

Unitățile frigorifice termoelectrice sunt semnificativ inferioare ca performanță față de analogii compresorului și de absorbție. Dar au avantaje semnificative, ceea ce face ca utilizarea lor să fie recomandabilă în anumite condiții. Aceste avantaje includ:

• simplitatea designului;
• rezistenta la vibratii;
• absența elementelor în mișcare (cu excepția ventilatorului care sufla radiatorul);
• nivel scăzut de zgomot;
• dimensiuni mici;
• capacitatea de a lucra în orice poziție;
• durată lungă de viață;
• consum redus de energie.

Aceste caracteristici sunt ideale pentru instalațiile mobile.

Element Peltier ca generator de electricitate

Modulele termoelectrice pot funcționa ca generatoare de energie electrică dacă una dintre părțile lor este supusă încălzirii forțate. Cu cât diferența de temperatură dintre laturi este mai mare, cu atât este mai mare curentul generat de sursă. Din păcate, temperatura maximă pentru generatorul termic este limitată; nu poate fi mai mare decât punctul de topire al lipitului utilizat în modul. Încălcarea acestei condiții va duce la defectarea elementului.

Pentru producția de masă a generatoarelor termice se folosesc module speciale cu lipire refractară, care pot fi încălzite la o temperatură de 300°C. În elementele obișnuite, de exemplu, TEC1 12715, limita este de 150 de grade.

Deoarece eficiența unor astfel de dispozitive este scăzută, acestea sunt utilizate numai în cazurile în care nu este posibilă utilizarea unei surse mai eficiente de energie electrică. Cu toate acestea, generatoarele termice de 5-10 W sunt solicitate în rândul turiștilor, geologilor și locuitorilor din zonele îndepărtate. Instalațiile staționare mari și puternice alimentate cu combustibil de înaltă temperatură sunt utilizate pentru alimentarea unităților de distribuție a gazelor, echipamentelor stațiilor meteorologice etc.

Pentru a răci procesorul

Relativ recent, aceste module au început să fie utilizate în sistemele de răcire CPU ale computerelor personale. Având în vedere eficiența scăzută a termoelementelor, beneficiile unor astfel de structuri sunt destul de îndoielnice. De exemplu, pentru a răci o sursă de căldură cu o putere de 100-170 W (corespunzător majorității modelelor moderne de procesoare), va trebui să cheltuiți 400-680 W, ceea ce necesită instalarea unei surse de alimentare puternice.

A doua capcană este că un procesor descărcat va elibera mai puțină energie termică, iar modulul o poate răci sub punctul de rouă. Ca urmare, va începe să se formeze condens, care este garantat că va deteriora electronica.

Cei care decid să creeze singuri un astfel de sistem vor trebui să efectueze o serie de calcule pentru a selecta puterea modulului pentru un anumit model de procesor.

Pe baza celor de mai sus, utilizarea acestor module ca sistem de răcire a procesorului nu este rentabilă; în plus, ele pot cauza defectarea echipamentelor informatice.

Situația este complet diferită cu dispozitivele hibride, unde modulele termice sunt utilizate împreună cu răcirea cu apă sau aer.

Sistemele hibride de răcire și-au dovedit eficiența, dar costul ridicat limitează cercul admiratorilor lor.

Aparat de aer conditionat bazat pe elemente Peltier

Teoretic, un astfel de dispozitiv va fi structural mult mai simplu decât sistemele clasice de climatizare, dar totul se rezumă la performanțe scăzute. Una este să răcești un volum mic al unui frigider, alta este să răcești o cameră sau interiorul unei mașini. Aparatele de aer condiționat care folosesc module termoelectrice vor consuma mai multă energie electrică (de 3-4 ori) decât echipamentele care funcționează cu agent frigorific.

În ceea ce privește utilizarea acestuia ca sistem de control al climatizării auto, puterea unui generator standard nu va fi suficientă pentru a opera un astfel de dispozitiv. Înlocuirea acestuia cu echipamente mai eficiente va duce la un consum semnificativ de combustibil, care nu este rentabil.

În forumurile tematice, apar periodic discuții pe această temă și sunt luate în considerare diverse modele de casă, dar un prototip de lucru cu drepturi depline nu a fost încă creat (fără a lua în considerare aparatul de aer condiționat pentru un hamster). Este foarte posibil ca situația să se schimbe atunci când modulele cu o eficiență mai acceptabilă devin disponibile pe scară largă.

Pentru apa de racire

Elementul termoelectric este adesea folosit ca lichid de răcire pentru răcitoarele de apă. Designul include: un modul de răcire, un controler controlat de termostat și un încălzitor. Această implementare este mult mai simplă și mai ieftină decât un circuit de compresor; în plus, este mai fiabilă și mai ușor de operat. Dar există și anumite dezavantaje:

• apa nu se raceste sub 10-12°C;
• răcirea durează mai mult decât omologul său compresor, prin urmare, un astfel de răcitor nu este potrivit pentru un birou cu un număr mare de angajați;
• dispozitivul este sensibil la temperatura exterioară, într-o cameră caldă apa nu se va răci la temperatura minimă;
• Nu se recomandă instalarea în încăperi cu praf, deoarece ventilatorul se poate înfunda și modulul de răcire se poate defecta.

Răcitor de apă de masă folosind element Peltier

Uscător de aer pe bază de elemente Peltier

Spre deosebire de un aparat de aer condiționat, implementarea unui dezumidificator folosind elemente termoelectrice este destul de posibilă. Designul este destul de simplu și ieftin. Modulul de răcire scade temperatura radiatorului sub punctul de rouă, ca urmare, umezeala conținută în aerul care trece prin dispozitiv se depune pe acesta. Apa decantată este evacuată într-un rezervor special de stocare.

În ciuda eficienței scăzute, în acest caz eficiența dispozitivului este destul de satisfăcătoare.

Cum să te conectezi?

Nu vor exista probleme la conectarea modulului; trebuie aplicată o tensiune constantă la firele de ieșire; valoarea acesteia este indicată în fișa tehnică a elementului. Firul roșu trebuie conectat la pozitiv, firul negru la negativ. Atenţie! Inversarea polarității inversează pozițiile suprafețelor răcite și încălzite.

Cum se verifică funcționalitatea elementului Peltier?

Cea mai simplă și mai fiabilă metodă este tactilă. Este necesar să conectați modulul la sursa de tensiune corespunzătoare și să atingeți diferitele sale părți. Pentru un element de lucru, unul dintre ele va fi mai cald, celălalt mai rece.

Dacă nu aveți o sursă potrivită la îndemână, veți avea nevoie de un multimetru și o brichetă. Procesul de verificare este destul de simplu:

1. conectați sondele la bornele modulului;
2. aduceți bricheta aprinsă pe una dintre părți;
3. Observăm citirile dispozitivului.

În modulul de lucru, atunci când una dintre laturi este încălzită, se generează un curent electric, care va fi afișat pe afișajul dispozitivului.

Cum să faci un element Peltier cu propriile mâini?

Este aproape imposibil să faci acasă un modul de casă, mai ales că nu are rost să faci asta, având în vedere costul relativ scăzut al acestora (aproximativ 4-10 USD). Dar puteți asambla un dispozitiv care va fi util pe o excursie, de exemplu, un generator termoelectric.

Pentru a stabiliza tensiunea, este necesar să asamblați un convertor simplu pe cipul L6920 IC.

La intrarea unui astfel de convertor este furnizată o tensiune în intervalul 0,8-5,5 V; la ieșire va produce o tensiune stabilă de 5 V, care este suficient pentru a reîncărca majoritatea dispozitivelor mobile. Dacă se utilizează un element Peltier convențional, este necesar să se limiteze intervalul de temperatură de funcționare a părții încălzite la 150 °C. Pentru a evita necazul urmăririi, este mai bine să folosiți o oală cu apă clocotită ca sursă de căldură. În acest caz, elementul este garantat să nu se încălzească peste 100 °C.