Elemente Peltier ose energji elektrike falas nga zjarri. Si të bëni një termogjenerator Peltier me duart tuaja

Pajisjet e ftohjes janë vendosur aq fort në jetën tonë sa që është madje e vështirë të imagjinohet se si mund të ia dilnim pa të. Por modelet klasike të ftohësit nuk janë të përshtatshme për përdorim celular, për shembull, si një çantë ftohëse udhëtimi.

Për këtë qëllim përdoren instalimet në të cilat parimi i funksionimit bazohet në efektin Peltier. Le të flasim shkurtimisht për këtë fenomen.

Cfare eshte?

Ky term i referohet një fenomeni termoelektrik të zbuluar në 1834 nga natyralisti francez Jean-Charles Peltier. Thelbi i efektit është lirimi ose thithja e nxehtësisë në zonën ku përçuesit e ndryshëm nëpër të cilët kalon rryma elektrike janë në kontakt.

Në përputhje me teorinë klasike, ekziston shpjegimi i mëposhtëm për fenomenin: rryma elektrike transferon elektrone ndërmjet metaleve, të cilat mund të përshpejtojnë ose ngadalësojnë lëvizjen e tyre, në varësi të ndryshimit të potencialit të kontaktit në përçuesit e bërë nga materiale të ndryshme. Prandaj, me një rritje të energjisë kinetike, ajo shndërrohet në energji termike.

Në përcjellësin e dytë, vërehet një proces i kundërt, që kërkon rimbushje të energjisë, në përputhje me ligjin themelor të fizikës. Kjo ndodh për shkak të dridhjes termike, e cila shkakton ftohjen e metalit nga i cili është bërë përcjellësi i dytë.

Teknologjitë moderne bëjnë të mundur prodhimin e elementeve-module gjysmëpërçuese me efekt maksimal termoelektrik. Ka kuptim të flasim shkurtimisht për dizajnin e tyre.

Dizajni dhe parimi i funksionimit

Modulet moderne janë një strukturë e përbërë nga dy pllaka izoluese (zakonisht qeramike), me termoçifte të lidhur në mënyrë të vendosur ndërmjet tyre. Një diagram i thjeshtuar i një elementi të tillë mund të gjendet në figurën më poshtë.

Emërtimet:

• A - kontaktet për t'u lidhur me një burim energjie;
• B – sipërfaqja e nxehtë e elementit;
• C – ana e ftohtë;
• D – përçues bakri;
• E – gjysmëpërçues i bazuar në p-bashkim;
• F – gjysmëpërçues i tipit n.

Dizajni është bërë në atë mënyrë që secila anë e modulit të jetë në kontakt me kryqëzimet p-n ose n-p (në varësi të polaritetit). Kontaktet p-n ngrohen, kontaktet n-p ftohen (shih Fig. 3). Prandaj, një ndryshim i temperaturës (DT) ndodh në anët e elementit. Për një vëzhgues, ky efekt do të duket si një transferim i energjisë termike midis anëve të modulit. Vlen të përmendet se ndryshimi i polaritetit të fuqisë çon në një ndryshim në sipërfaqet e nxehta dhe të ftohta.

Oriz. 3. A – ana e nxehtë e termoelementit, B – ana e ftohtë

Specifikimet

Karakteristikat e moduleve termoelektrike përshkruhen nga parametrat e mëposhtëm:

• kapaciteti ftohës (Q max), kjo karakteristikë përcaktohet në bazë të rrymës maksimale të lejuar dhe ndryshimit të temperaturës ndërmjet anëve të modulit, të matur në Watts;
• diferenca maksimale e temperaturës midis anëve të elementit (DT max), parametri jepet për kushte ideale, njësia e matjes është gradë;
• rryma e lejuar e nevojshme për të siguruar ndryshimin maksimal të temperaturës - I max;
• tensioni maksimal U max i nevojshëm që rryma I max të arrijë diferencën e pikut DT max;
• rezistenca e brendshme e modulit - Rezistenca, e treguar në Ohms;
• koeficienti i efikasitetit - COP (shkurtim nga anglishtja - koeficienti i performancës), në thelb ky është efikasiteti i pajisjes, duke treguar raportin e ftohjes me konsumin e energjisë. Për elementë të lirë, ky parametër është në intervalin 0.3-0.35, për modelet më të shtrenjta i afrohet 0.5.

Shënimi

Le të shohim se si deshifrohen shenjat tipike të moduleve duke përdorur shembullin e Figurës 4.

Figura 4. Moduli Peltier i shënuar TEC1-12706

Shënimi ndahet në tre grupe domethënëse:

1. Emërtimi i elementit. Dy shkronjat e para janë gjithmonë të pandryshuara (TE), duke treguar se ky është një termoelement. Tjetra tregon madhësinë, mund të ketë shkronjat "C" (standarde) dhe "S" (të vogla). Numri i fundit tregon se sa shtresa (kaskada) ka në element.
2. Numri i termoçifteve në modulin e paraqitur në foto është 127.
3. Rryma e vlerësuar është në Amper, për ne është 6 A.

Shenjat e modeleve të tjera të serisë TEC1 lexohen në të njëjtën mënyrë, për shembull: 12703, 12705, 12710, etj.

Aplikacion

Megjithë efikasitetin mjaft të ulët, elementët termoelektrikë përdoren gjerësisht në matje, llogaritje dhe pajisje shtëpiake. Modulet janë një element i rëndësishëm i funksionimit të pajisjeve të mëposhtme:

• njësi të lëvizshme ftohëse;
• gjeneratorë të vegjël për të prodhuar energji elektrike;
• sistemet e ftohjes në kompjuterët personalë;
• ftohës për ftohjen dhe ngrohjen e ujit;
• dehumidifikues etj.

Le të japim shembuj të detajuar të përdorimit të moduleve termoelektrike.

Frigoriferi duke përdorur elementë Peltier

Njësitë e ftohjes termoelektrike janë dukshëm inferiore në performancë ndaj kompresorit dhe analogëve të absorbimit. Por ato kanë përparësi të konsiderueshme, gjë që e bën përdorimin e tyre të këshillueshëm në kushte të caktuara. Këto avantazhe përfshijnë:

• thjeshtësia e dizajnit;
• rezistenca ndaj dridhjeve;
• mungesa e elementeve lëvizëse (përveç tifozit që fryn radiatorin);
• niveli i ulët i zhurmës;
• dimensione të vogla;
• aftësia për të punuar në çdo pozicion;
• jetë e gjatë shërbimi;
• konsumi i ulët i energjisë.

Këto karakteristika janë ideale për instalime të lëvizshme.

Elementi Peltier si gjenerues i energjisë elektrike

Modulet termoelektrike mund të funksionojnë si gjenerues të energjisë elektrike nëse njëra nga anët e tyre i nënshtrohet ngrohjes së detyruar. Sa më i madh të jetë ndryshimi i temperaturës midis anëve, aq më e lartë është rryma e gjeneruar nga burimi. Fatkeqësisht, temperatura maksimale për gjeneratorin termik është e kufizuar; nuk mund të jetë më e lartë se pika e shkrirjes së saldimit të përdorur në modul. Shkelja e këtij kushti do të çojë në dështimin e elementit.

Për prodhimin masiv të gjeneratorëve termikë përdoren module speciale me saldim zjarrdurues, të cilët mund të ngrohen në një temperaturë prej 300°C. Në elementët e zakonshëm, për shembull, TEC1 12715, kufiri është 150 gradë.

Meqenëse efikasiteti i pajisjeve të tilla është i ulët, ato përdoren vetëm në rastet kur nuk është e mundur të përdoret një burim më efikas i energjisë elektrike. Sidoqoftë, gjeneratorët termikë 5-10 W janë në kërkesë midis turistëve, gjeologëve dhe banorëve të zonave të largëta. Instalime stacionare të mëdha dhe të fuqishme të mundësuara nga karburant me temperaturë të lartë përdoren për të fuqizuar njësitë e shpërndarjes së gazit, pajisjet e stacionit meteorologjik, etj.

Për të ftohur procesorin

Relativisht kohët e fundit, këto module filluan të përdoren në sistemet e ftohjes së CPU të kompjuterëve personalë. Duke marrë parasysh efikasitetin e ulët të termoelementeve, përfitimet e strukturave të tilla janë mjaft të dyshimta. Për shembull, për të ftohur një burim nxehtësie me fuqi 100-170 W (që korrespondon me shumicën e modeleve moderne të CPU), do t'ju duhet të shpenzoni 400-680 W, gjë që kërkon instalimin e një furnizimi të fuqishëm me energji elektrike.

Gracka e dytë është se një procesor i shkarkuar do të lëshojë më pak energji termike dhe moduli mund ta ftohë atë nën pikën e vesës. Si rezultat, do të fillojë të formohet kondensimi, i cili garantohet të dëmtojë elektronikën.

Ata që vendosin të krijojnë vetë një sistem të tillë do të duhet të kryejnë një sërë llogaritjesh për të zgjedhur fuqinë e modulit për një model specifik procesori.

Bazuar në sa më sipër, përdorimi i këtyre moduleve si një sistem ftohjeje CPU nuk është me kosto efektive; përveç kësaj, ato mund të shkaktojnë dështimin e pajisjeve kompjuterike.

Situata është krejtësisht e ndryshme me pajisjet hibride, ku modulet termike përdoren së bashku me ftohjen e ujit ose ajrit.

Sistemet hibride të ftohjes kanë vërtetuar efektivitetin e tyre, por kostoja e lartë kufizon rrethin e admiruesve të tyre.

Kondicioner i bazuar në elementë Peltier

Teorikisht, një pajisje e tillë do të jetë strukturisht shumë më e thjeshtë se sistemet klasike të kontrollit të klimës, por gjithçka vjen në performancë të ulët. Është një gjë të ftohësh një volum të vogël të një frigoriferi, tjetër gjë të ftohësh një dhomë ose brendësi të një makine. Kondicionerët që përdorin module termoelektrike do të konsumojnë më shumë energji elektrike (3-4 herë) sesa pajisjet që punojnë me ftohës.

Sa i përket përdorimit të tij si një sistem i kontrollit të klimës së makinës, fuqia e një gjeneratori standard nuk do të jetë e mjaftueshme për të funksionuar një pajisje të tillë. Zëvendësimi i tij me pajisje më efikase do të çojë në konsum të konsiderueshëm të karburantit, i cili nuk është me kosto efektive.

Në forumet tematike, lindin periodikisht diskutime për këtë temë dhe konsiderohen dizajne të ndryshme të bëra në shtëpi, por ende nuk është krijuar një prototip i plotë pune (duke mos llogaritur kondicionerin për një lloj brejtësi). Është shumë e mundur që situata të ndryshojë kur modulet me efikasitet më të pranueshëm të bëhen gjerësisht të disponueshme.

Për ftohjen e ujit

Elementi termoelektrik shpesh përdoret si ftohës për ftohësit e ujit. Dizajni përfshin: një modul ftohjeje, një kontrollues të kontrolluar nga termostati dhe një ngrohës. Ky zbatim është shumë më i thjeshtë dhe më i lirë se një qark kompresor; përveç kësaj, është më i besueshëm dhe më i lehtë për t'u përdorur. Por ka edhe disavantazhe të caktuara:

• uji nuk ftohet nën 10-12°C;
• ftohja zgjat më shumë se homologu i tij i kompresorit, prandaj, një ftohës i tillë nuk është i përshtatshëm për një zyrë me një numër të madh punonjësish;
• pajisja është e ndjeshme ndaj temperaturës së jashtme, në një dhomë të ngrohtë uji nuk do të ftohet në temperaturën minimale;
• Instalimi në dhoma me pluhur nuk rekomandohet, pasi ventilatori mund të bllokohet dhe moduli i ftohjes mund të dështojë.

Ftohës uji tavoline duke përdorur elementin Peltier

Tharëse ajri bazuar në elementët Peltier

Ndryshe nga një kondicioner, zbatimi i një dehumidifikuesi duke përdorur elementë termoelektrikë është mjaft i mundshëm. Dizajni është mjaft i thjeshtë dhe i lirë. Moduli i ftohjes ul temperaturën e radiatorit nën pikën e vesës, si rezultat, lagështia e përmbajtur në ajrin që kalon përmes pajisjes vendoset mbi të. Uji i vendosur derdhet në një rezervuar të veçantë depozitimi.

Pavarësisht efikasitetit të ulët, në këtë rast efikasiteti i pajisjes është mjaft i kënaqshëm.

Si të lidheni?

Nuk do të ketë probleme me lidhjen e modulit; duhet të aplikohet një tension konstant në telat e daljes; vlera e tij tregohet në fletën e të dhënave të elementit. Teli i kuq duhet të lidhet me pozitivin, teli i zi me negativin. Kujdes! Kthimi i polaritetit ndryshon pozicionet e sipërfaqeve të ftohura dhe të ngrohura.

Si të kontrolloni elementin Peltier për funksionalitet?

Metoda më e thjeshtë dhe më e besueshme është e prekshme. Është e nevojshme të lidhni modulin me burimin e duhur të tensionit dhe të prekni anët e ndryshme të tij. Për një element pune, njëri prej tyre do të jetë më i ngrohtë, tjetri më i ftohtë.

Nëse nuk keni një burim të përshtatshëm në dorë, do t'ju duhet një multimetër dhe një çakmak. Procesi i verifikimit është mjaft i thjeshtë:

1. lidhni sondat me terminalet e modulit;
2. sillni çakmakun e ndezur në njërën nga anët;
3. Ne vëzhgojmë leximet e pajisjes.

Në modulin e punës, kur njëra nga anët nxehet, gjenerohet një rrymë elektrike, e cila do të shfaqet në ekranin e pajisjes.

Si të bëni një element Peltier me duart tuaja?

Është pothuajse e pamundur të bësh një modul të bërë në shtëpi në shtëpi, veçanërisht pasi nuk ka kuptim ta bësh këtë, duke pasur parasysh koston e tyre relativisht të ulët (rreth 4-10 dollarë). Por ju mund të montoni një pajisje që do të jetë e dobishme në një rritje, për shembull, një gjenerator termoelektrik.

Për të stabilizuar tensionin, është e nevojshme të montoni një konvertues të thjeshtë në çipin IC L6920.

Një tension në intervalin 0,8-5,5 V furnizohet në hyrjen e një konverteri të tillë; në dalje do të prodhojë një 5 V të qëndrueshme, e cila është mjaft e mjaftueshme për të rimbushur shumicën e pajisjeve mobile. Nëse përdoret një element konvencional Peltier, është e nevojshme të kufizohet diapazoni i temperaturës së funksionimit të anës së nxehtë në 150 °C. Për të shmangur telashet e gjurmimit, është më mirë të përdorni një tenxhere me ujë të valë si burim nxehtësie. Në këtë rast, elementi garantohet të mos nxehet mbi 100 °C.

Një numër i madh i pajisjeve elektronike thithin energji elektrike, e cila duhet të rinovohet vazhdimisht. Ndërsa jeni në rrugë, ju duhet të mbani me vete burime të rrymës kimike ose të gjeneroni energji elektrike nga energjia mekanike duke përdorur pajisje komplekse dhe të mëdha.

Lloji i gjeneratorit termoelektrik

Edhe më herët, Seebeck zbuloi shfaqjen e termo-EMF në një qark të përçuesve të ndryshëm kur ruante temperatura të ndryshme në pikën e kontaktit. Bazuar në efektet termoelektrike, u krijua një i ashtuquajtur element ose modul Peltier, i cili përbëhet nga 2 pllaka qeramike me një bimetal të vendosur midis tyre. Kur përmes tyre aplikohet rrymë elektrike, njëra anë e pllakës nxehet dhe tjetra ftohet, gjë që bën të mundur krijimin e frigoriferëve prej tyre. Figura më poshtë tregon module të madhësive të ndryshme të përdorura në teknologji.

Module Peltier të madhësive të ndryshme

Procesi është i kthyeshëm: nëse ruani një ndryshim të temperaturës midis elementëve në të dy anët, ata do të gjenerojnë rrymë elektrike, e cila lejon që pajisja të përdoret si gjenerator termoelektrik për të gjeneruar një sasi të vogël energjie elektrike.

Efekti Peltier është lëshimi i nxehtësisë në pikën e kontaktit të përçuesve të ndryshëm kur rryma elektrike rrjedh nëpër to.

Parimi i funksionimit të moduleve

Në kontaktin e përçuesve të ndryshëm, nxehtësia lirohet ose absorbohet në varësi të drejtimit të rrymës elektrike. Rrjedha e elektroneve ka energji potenciale dhe kinetike. Dendësia e rrymës në përçuesit kontaktues është e njëjtë, por dendësia e fluksit të energjisë është e ndryshme.

Nëse energjia që rrjedh në kontakt është më e madhe se energjia që rrjedh prej tij, kjo do të thotë se elektronet ngadalësohen në pikën e kalimit nga një rajon në tjetrin dhe ngrohin rrjetën kristalore (fusha elektrike ngadalëson lëvizjen e tyre). Kur drejtimi i rrymës ndryshon, ndodh procesi i kundërt i nxitimit të elektroneve, kur energjia merret nga rrjeta kristalore dhe ndodh ftohja e saj (drejtimet e fushës elektrike dhe lëvizja e elektroneve përkojnë).

Diferenca e energjisë e ngarkesave në kufirin e gjysmëpërçuesve është më e larta dhe efekti manifestohet më fort atje.

Moduli Peltier

Më i zakonshmi është moduli termoelektrik (TEM), i cili është gjysmëpërçues i tipit p dhe n të lidhur me njëri-tjetrin përmes përçuesve të bakrit.

Diagrami i parimit të funksionimit të modulit

Në një element ka 4 kalime midis metalit dhe gjysmëpërçuesve. Në një qark të mbyllur, rrjedha e elektroneve lëviz nga poli negativ i baterisë në atë pozitiv, duke kaluar në mënyrë sekuenciale nëpër çdo tranzicion.

Pranë tranzicionit të parë gjysmëpërçues të tipit p bakri, nxehtësia lëshohet në zonën e gjysmëpërçuesit ndërsa elektronet lëvizin në një gjendje me energji më të ulët.

Pranë kufirit tjetër me metalin në gjysmëpërçues, nxehtësia absorbohet për shkak të "thithjes" së elektroneve nga zona e përçueshmërisë p nën ndikimin e një fushe elektrike.

Në tranzicionin e tretë, elektronet hyjnë në gjysmëpërçuesin e tipit n, ku kanë energji më të madhe se në metal. Në këtë rast, energjia absorbohet dhe gjysmëpërçuesi ftohet pranë kufirit të tranzicionit.

Tranzicioni i fundit shoqërohet nga një proces i kundërt i çlirimit të nxehtësisë në gjysmëpërçuesin n për shkak të kalimit të elektroneve në një zonë me energji më të ulët.

Meqenëse kalimet e ngrohjes dhe ftohjes janë në plane të ndryshme, elementi Peltier do të ftohet nga lart dhe do të nxehet nga poshtë.

Në praktikë, çdo element përmban një numër të madh të tranzicioneve të ngrohjes dhe ftohjes, gjë që çon në formimin e një ndryshimi të dukshëm të temperaturës, gjë që bën të mundur krijimin e një gjeneratori termoelektrik.

Si duket struktura e modulit?

Elementi Peltier përmban një numër të madh paralelepipedësh gjysmëpërçues të tipit p dhe n, të lidhur në seri me kërcyes metalikë - kontakte termike, ana tjetër në kontakt me pllakën qeramike.

Teluridi i bismutit dhe germanidi i silikonit përdoren si gjysmëpërçues.

Avantazhet dhe disavantazhet e TEM

Përparësitë e një moduli termoelektrik (TEM) përfshijnë:

• madhësi të vogla;
• aftësia për të funksionuar si ftohës ashtu edhe ngrohës;
• kthyeshmëria e procesit kur ndryshoni polaritetin, duke ju lejuar të ruani një vlerë të saktë të temperaturës;
• mungesa e elementeve lëvizëse që zakonisht konsumohen.

Disavantazhet e moduleve:

• efikasitet i ulët (2-3%);
• nevoja për të krijuar një burim që siguron një ndryshim të temperaturës;
• konsumi i konsiderueshëm i energjisë;
• cmim i larte.

Pavarësisht nga disavantazhet, TEM-et përdoren aty ku kostot e larta të energjisë nuk janë të rëndësishme:

• ftohja e çipave, pjesë të kamerave digjitale, lazer me diodë, oshilatorë kuarci, detektorë infra të kuqe;
• përdorimi i kaskadave TEM për të arritur temperatura të ulëta;
• krijimi i frigoriferëve kompakt, për shembull, për makina;
• gjenerator termoelektrik për karikimin e pajisjeve mobile.

Me produktivitet të ulët, këshillohet përdorimi i TEG-ve në kushte kampingu, ku është e nevojshme të sigurohet energji elektrike për të karikuar një celular ose llambë LED. Thjeshtësia e dizajnit ju lejon të bëni një gjenerator elektrik me duart tuaja.

Burimet alternative përfshijnë gjithashtu panele diellore ose një gjenerator të erës. Të parët kërkojnë kushte të veçanta - prania e dritës së diellit, e cila mund të mos jetë gjithmonë e disponueshme. Një burim tjetër është i madh dhe kërkon erë. Një tjetër disavantazh është prania e pjesëve lëvizëse që zvogëlojnë besueshmërinë dhe janë të rënda.

Termogjeneratorë industrialë

BioLite ka zhvilluar një model të ri për shëtitje që ju lejon të gatuani ushqim në një sobë kompakte portative me dru dhe në të njëjtën kohë të karikoni pajisjen tuaj celulare nga TEG i integruar.

Sobë kompakte portative me dru

Pajisja do të jetë e dobishme kudo: peshkim, shëtitje, në dacha. Çdo gjë që digjet mund të përdoret si lëndë djegëse.

Kur karburanti digjet në furre, nxehtësia transferohet përmes murit në modul, i cili gjeneron energji elektrike. Në një tension prej 5V, fuqia dalëse është 2-4 W, e cila është e mjaftueshme për të ngarkuar shumë lloje të pajisjeve mobile dhe për të funksionuar ndriçimin LED. Shigjeta e kuqe tregon drejtimin e lëvizjes së nxehtësisë, shigjeta blu tregon ajrin e ftohtë në furre, shigjeta e verdhë tregon furnizimin me energji elektrike për të rrotulluar ventilatorin e marrjes së ajrit dhe në daljen e gjeneratorit përmes USB.

Skema e funksionimit të BioLite TEG në dru

Furra e gjeneratorit Indigirka, e zhvilluar nga kompania e Shën Petersburgut Kryotherm, ka këto karakteristika:

• fuqia termike - 6 kW;
• pesha – 56 kg;
• dimensionet – 500x530x650 mm;
• email fuqia në tension 5V – 60 W.

Stufa është një sobë konvencionale për ngrohje dhe gatim, me gjeneratorë termoelektrikë të ngjitur në të dy anët.

Si duket furra e gjeneratorit termoelektrik "Indigirka"?

Pajisja është mjaft e përshtatshme, por çmimi është mbresëlënës - 50 mijë rubla. Edhe pse sobë është e destinuar për kushte kampingu, është e qartë se nuk do të jetë e përballueshme për gjuetarët dhe peshkatarët e zakonshëm. Si një sistem ngrohjeje, nuk është më i mirë se modelet konvencionale dhe më të lira.

Nëse lidhni një TEG në një sobë të thjeshtë, pajisja e bërë në shtëpi do të funksionojë në mënyrë perfekte.

DIY TEG

Për të mbledhur një gjenerator termoelektrik me duart tuaja, ju nevojiten elementët e mëposhtëm:

1. Moduli. Për të gjeneruar rrymë elektrike, jo të gjitha modulet mund të përdoren, por vetëm ato që mund të përballojnë ngrohjen deri në 300-400 0 C. Të kesh një rezervë ngrohjeje është e nevojshme, pasi edhe me mbinxehje të lehtë elementi dështon. Modelet më të zakonshme janë tipi TEC1-12712 në formën e pllakave katrore me madhësi anësore 40, 50 ose 60 mm.

Nëse marrim madhësinë maksimale, mjafton të përdorim një element në një dizajn DIY. 3 shifrat e para të shënimit - 127 - nënkuptojnë sa elementë përmbahen në 1 pjatë. Numrat e fundit tregojnë rrymën maksimale të lejuar, e cila është 12 A.

1. Konvertuesi përforcues. Është e nevojshme të merret një tension konstant prej 5 V. Gjeneratori mund të prodhojë më pak tension, i cili duhet të rritet. Pajisjet prodhohen të huaja (llojet 5V NCP1402 dhe MAX 756) dhe vendase (3.3V/5V EK-1674). Për të karikuar telefonin tuaj celular, duhet të zgjidhni një pajisje me një lidhës USB.
2. Ngrohës. Opsionet më të thjeshta janë një zjarr, një qiri, një llambë e bërë në shtëpi ose një sobë miniaturë.
3. Ftohëse. Mënyra më e lehtë është përdorimi i ujit ose, në dimër, borës.
4. Elementet lidhëse. Nevojiten pajisje për të krijuar diferencën maksimale të mundshme të temperaturës midis dy anëve të pllakës. Këtu zgjedhja i takon mjeshtrit, ata më së shpeshti përdorin 2 kriklla ose tepsi të madhësive të ndryshme, dorezat e të cilave janë të prera dhe ku njëra futet brenda tjetrës. Mes tyre vendoset një modul dhe sigurohet me pastë termike. 2 tela janë ngjitur në të dhe lidhen me një konvertues të tensionit.

Për të rritur efikasitetin e gjeneratorit, duhet të lustrohen fundet e sipërfaqeve metalike të krikllave ose tiganëve në kontakt me pllakën e gjeneratorit. Përveç kësaj, ngjitësi rezistent ndaj nxehtësisë aplikohet në hapësirat midis fundeve të krikllave më të vogla dhe më të mëdha. Pastaj nxehtësia nga ngrohja do të lokalizohet në vendndodhjen e modulit.

Telat midis modulit dhe konvertuesit mbrohen me izolim dhe ngjitës rezistent ndaj nxehtësisë.

Uji derdhet në turin e brendshëm dhe e gjithë struktura vihet në zjarr. Pas disa minutash, mund të kontrolloni tensionin e daljes me një multimetër.

Për të montuar vetë një gjenerator termoelektrik, do t'ju nevojiten materialet e mëposhtme:

1. Elementi Peltier";
2. një strehim nga një furnizim i vjetër me energji kompjuterike për të bërë një mini-kuti zjarri;
3. konvertues i tensionit me dalje USB në 5V me hyrje 1-5V;
4. radiator me ftohës procesor;
5. paste termike.

Shpenzimet këtu janë të vogla dhe pajisja është mjaft e aftë për të karikuar një celular. Gjeneratori i montuar vetë është një analog i modelit të huaj nga BioLite. Nëse e montoni me kujdes, pajisja do të funksionojë me besueshmëri për një kohë të gjatë, pasi nuk ka asgjë për të thyer këtu. Është e rëndësishme vetëm të mos mbinxehet elementi Peltier, gjë që mund të shkaktojë dështimin e tij.

Kur përdorni një ftohës për të ftohur një radiator, ai duhet të lidhet me një gjenerator, pas së cilës një pjesë e energjisë së gjeneruar do të shpenzohet për ftohje.

Pavarësisht konsumit shtesë të energjisë, efikasiteti i instalimit do të rritet. Nëse radiatori nxehet shumë gjatë funksionimit, është e nevojshme të merren masa për ta ftohur atë. Përndryshe, efikasiteti i funksionimit të gjeneratorit do të jetë i ulët.

Karakteristikat e gjeneratorit janë si më poshtë:

• Tensioni i daljes - 5 V;
• fuqia e ngarkesës - 0,5A;
• lloji i daljes - USB;
• karburant - çdo.

Pajisja prodhohet si më poshtë:

• çmontoni furnizimin me energji elektrike, duke e lënë rastin;
• ngjitni modulin Peltier në radiator me pastë termike. Është e nevojshme të ngjisni me anën e ftohtë ku është aplikuar shënimi;
• pastroni dhe lustroni sipërfaqen e jashtme anësore të kutisë së furnizimit me energji elektrike dhe ngjitni elementin në të me anën tjetër (së bashku me radiatorin);
• Lidhni telat nga hyrja e konvertuesit të tensionit në terminalet e pllakës.

Ju mund të kontrolloni TEG duke vendosur degë të holla brenda kutisë së zjarrit dhe duke i vënë në zjarr. Pas disa minutash, mund të lidhni telefonin tuaj, i cili kërkon një ndryshim të temperaturës prej 100 0 C midis anëve të modulit për t'u rimbushur. Figura më poshtë tregon gjeneratorin e montuar.

Gjenerator termoelektrik i montuar DIY

Kur përdorni TEG, është e nevojshme të vëzhgoni polaritetin e lidhjes së moduleve.

Video. Gjenerator termoelektrik

Efekti Peltier bën të mundur krijimin e gjeneratorëve dhe frigoriferëve të vegjël që funksionojnë pa pjesë të lëvizshme. Përmirësimi i cilësisë së moduleve dhe zvogëlimi i konsumit të energjisë së pajisjeve mobile ju lejon të krijoni një gjenerator termoelektrik me duart tuaja për të ngarkuar bateritë dhe për të furnizuar një sasi të vogël energjie në pajisje të ndryshme ku efikasiteti nuk është veçanërisht i rëndësishëm.

Energjia dhe bateritë,

DIY ose bëjeni vetë

Përshëndetje, emri im është Danil dhe jam paranojak. Paranoja ime qëndron në faktin se jam i bindur për ardhjen e afërt të Dhelprës së Madhe Arktike. Nuk ka rëndësi se në çfarë maske do të vijë e njëjta dhelpër arktike - nëse mbetemi gjallë, atëherë, ka shumë të ngjarë, do të duhet të fillojmë të jetojmë nga e para. Dhe jeta është shumë më argëtuese kur keni diçka për të karikuar bateritë në elektrik dore dhe dozimetër. Për ata që mendojnë të njëjtën gjë (si dhe të gjithë ata që janë kuriozë), ju kërkoj të shkurtoni më poshtë (kujdes, foto të rënda).

Pjesa kërkimore

Në fakt, pse elementi Peltier? Është shumë më logjike të blini një elektrik dore me një makinë muskulore ("beetle terren"), panele diellore ose, në rastin më të keq, të ndërtoni një mulli me erë. Më parë, unë gjithashtu mendoja se ishte mjaft e mundur të ia dilje me brumbujt e tokës. Por ka shumë pjesë lëvizëse, të cilat janë bërë nga Xha Liao nga plastika e lirë. Ndarja e parë në kushtet e Dhelprës së Madhe Arktike - dhe ju mbeteni pa energji elektrike.

Epo, ju pyesni, pse jo panele diellore? Nuk ka pjesë lëvizëse. Jam dakord, do të përgjigjem, por në kushtet e një dimri bërthamor ose vullkanik ose nën një çati prej dy metrash prej betoni të një strehe, nuk është aq e lehtë të kapësh diellin.

Mulliri me erë? Cila zonë duhet të jenë tehet e saj që të mund të rrotullohet edhe në një erë të dobët? Pjesë lëvizëse, përsëri. Mulliri me erë është i përshtatshëm për instalim të përhershëm kur pajisni një strehë afatgjatë.

Pasi i mora parasysh këto argumente, u dëshpërova. Por së shpejti rastësisht hasa në faqen e internetit nepropadu.ru (pa reklama, vetëm një lidhje me materialin burimor). U ula në të vazhdimisht për dy ditë, dhe gjatë procesit hasa në një artikull shumë interesant në lidhje me një sobë druri të bërë nga një kuti nga një furnizim me energji kompjuteri me një element Peltier në anë (lidhja në fund të postimit) . Në komente kishte shumë skeptikë, por autori shkroi se e ka ngarkuar me qetësi telefonin nga një konvertues kinez DC-DC i lidhur... Isha i tëri.

Pjesa e projektimit

Si fillim, porosita të njëjtin element Peltier nga kinezët në e-Bay (mjaftueshëm për eksperimente). Më kushtoi 320 rubla. Ajo që më kënaqi ishte shpërndarja e përshpejtuar, gjurmuese, por falas. Plus, mallrat u dërguan fjalë për fjalë një orë pas pagesës (dhe ishte të dielën).

Ndërsa elementi Peltier po udhëtonte, mendova për hartimin e gjeneratorit të ardhshëm termoelektrik, gjeta një radiator të përshtatshëm me një tifoz (një radiator i lashtë procesor funksiononte në mënyrë perfekte), dhe gjithashtu gërmova në internet një qark për një konvertues DC-DC me një rrymë dalëse maksimale prej 1 amper në një tension prej 5 volt.

Nuk e konsiderova të këshillueshme që të bëja një sobë druri sipas shembullit nga ai artikull. Metali nga i cili është bërë pajisja kompjuterike është shumë i butë; do të "zhytet" kur ekspozohet ndaj temperaturave të larta dhe do të digjet shpejt. Prandaj, u vendos të bëhej një "version i lëvizshëm" i gjeneratorit, i cili mund të montohet në anën e një sobë të palëvizshme ose të mbështetet në një tenxhere që qëndron në zjarr. Dhe për të shmangur skuqjen e elementit Peltier mbi një zjarr të hapur në kushte të tilla, nevojitej një copë litari rezistente ndaj nxehtësisë, por që përçonte nxehtësinë. Për ta bërë këtë, arrita të marr një copë pllake të trashë alumini me përmasa 100x120x5 milimetra.

Për të shtypur elementin Peltier në nënshtresën e aluminit dhe, nga ana tjetër, për të shtypur radiatorin në të, vendosa të përdor një grup ndërtimi metalik për fëmijë që e bleva dikur për nevoja robotike.

Por elementi Peltier mbërriti dhe ishte koha për montim.

Pjesa teknologjike

Kishim një radiator, një pllakë alumini, një element Peltier, një grusht komponentësh radioje, një copë fletë letre PCB dhe një shumëllojshmëri vidhash dhe dadosh. Nuk mbaj mend më tej.

Pra, të gjithë përbërësit janë mbledhur, mund të filloni të montoni.

Kërkoj falje për pllakën që u shënua dhe u shpua në dy vende - vetëm më vonë më ra në mendje se do të ishte mirë të fotografoja të gjithë procesin e montimit që nga fillimi.

Problemi i parë që më priste ishte ventilatori standard 12 volt në radiator. Meqenëse do të prodhoj vetëm 5 volt, madje edhe me një rrymë maksimale mjaft të vogël, kjo mund të krijojë një problem.

Së pari, hodha karremin tim në të gjitha dyqanet e radiove dhe kompjuterëve në Perm, por askund nuk kishte një ventilator 5 volt 80x80 milimetrash. Dhe nëse do të kishte, ato ishin më të vogla në madhësi dhe me një rrymë prej më shumë se 200 mA, që ishte shumë.

Pastaj bëra disa gërmime në eBay dhe zbulova se tifozi që më duhej kushtonte nga 300 rubla. Por ishte e kotë të shpresoja për dorëzim të shpejtë, dhe kështu e lashë këtë opsion si një rezervë.

Dhe vetëm pas gjithë kërkimit mendova të lidhja tifozin standard 12 volt me ​​një burim tensioni 5 volt. Doli se fryn mjaft mirë, dhe në të njëjtën kohë nuk konsumon shumë rrymë. Prandaj, vendosa ta lë për momentin, dhe pas testimit, nëse është e nevojshme, të porosis një tifoz në eBay.

Shënova një pllakë alumini dhe hapa dy vrima në të për montimin e radiatorit dhe dy për pllakën e konvertuesit të tensionit. I bëra vrimat me diametër 4 milimetra (për vidhat nga projektuesi) dhe nga jashtë i zgjerova në 7.5 milimetra për të fshehur kokat e vidhave. Pas kësaj, rrumbullakova qoshet e mprehta me një skedar dhe eca me letër zmerile të trashë mbi të gjitha sipërfaqet e pllakës dhe letër zmerile të imët ku ishte shtypur elementi Peltier.

Në këtë pikë, e konsiderova të përfunduar përpunimin e nënshtresës dhe fillova prodhimin e konvertuesit të tensionit.
Konvertuesi i tensionit të rritjes së pulsit është montuar në IC L6920, i cili fillon të funksionojë me një tension të hyrjes prej 0,8 volt dhe ju lejon të hiqni një tension fiks prej 3,3 ose 5 volt, ose të ndryshueshëm nga 1,8 në 5,5 volt, nga dalja e tij.

Diagrami skematik i konvertuesit është tipik dhe është marrë nga fleta e të dhënave.

Për të marrë 5 volt në daljen e qarkut, këmba 1 lidhet me telin e përbashkët. Është konfiguruar gjithashtu që të nxjerrë një nivel të ulët në pinin 3 kur voltazhi i hyrjes bie nën 1,5 volt.

Për qarkun, u shtrua një tabelë e qarkut të printuar, mbi të cilën u sigurua fiksimi në bazën e nënshtresës duke përdorur të njëjtat pjesë nga grupi i projektuesit për fëmijë. Nuk jam i shqetësuar për mbinxehjen e bordit, pasi ka ftohje të detyruar nga një rrjedhje ajri që fryhet nga radiatori.

Më duhej të ndërhyja me makro-në e kasës që përmbante mikroqarkun që bleva. Në faqen e dyqanit thuhej se ishte në rastin SSOP-8. Siç rezulton, nuk ka një rast të tillë në grupin standard të makrove Sprint Layout. Gjeta një vizatim të kutisë SSOP-8 dhe bëra një makro, pas së cilës hodha tabelën. Pas një printimi provë, doli që mikroqarku është disi më i gjerë dhe nuk përshtatet në jastëkët e tij të kontaktit. Googlimi i një modeli specifik çipi (L6920D) më çoi në faqen e internetit Chip-Dip, ku mësova se IC me indeksin D është prodhuar në paketën TSSOP-8. Duke kruar kokën, gjeta një vizatim të këtij rasti, krijova një makro dhe ridrejtova tabelën. Tani gjithçka doli të ishte e saktë.

Pllaka u bë duke përdorur LUT dhe u montua. Doli se bashkimi i kutisë TSSOP-8 pa tharëse flokësh është shumë i papërshtatshëm. Por ne jemi njerëz të kalitur, kemi bashkuar mikroqarqet FTDI me një hapje gjilpëre prej 0,4 milimetrash.

Tani mund të filloni të instaloni elementin dhe radiatorin Peltier. Nënshtresën dhe radiatorin në pikat e kontaktit me elementin e lyeva me pastë termike. Pastaj ai shtrëngoi "sanduiçin" që rezulton me arra.

Doli që bordi i konvertuesit nuk përshtatet, lidhësi i hyrjes mbështetet në radiator, e kam llogaritur gabim pak. I ktheva kllapat e montimit, e vara tabelën jashtë dhe shtova dy kllapa të tjera për të mbrojtur elementët nga dëmtimet mekanike. Ja me çfarë përfunduam:

Tani mund të kontrolloni funksionalitetin e gjeneratorit. E ngroha në një djegës me gaz. Vendosa të mos instaloj një tifoz për momentin.

Për të filluar, doli që ngatërrova polaritetin e lidhjes së elementit me konvertuesin. Megjithëse gjithçka dukej se ishte e saktë - teli i zi është në minus, teli i kuq është pozitiv. Megjithatë, gjeneratori nuk donte të punonte. Pastaj ndryshova polaritetin e lidhjes së elementit.

Gjeneratori filloi të funksionojë - së pari u ndezën të dy LED, duke sinjalizuar praninë e 5 volt në dalje dhe tension të ulët në hyrje, më pas LED i kuq doli - voltazhi u ngrit mbi një volt e gjysmë.

Për pakënaqësinë time, doli që pa një tifoz, pas disa minutash të funksionimit të sistemit, radiatori u nxeh dukshëm. Nuk do të funksionojë kështu.

Të nesërmen, shëtita nëpër tregun e metaleve dhe disa tregje kompjuterash, por kur pyeta për tifozët 5 volt, ata mblodhën supet kudo dhe më këshilluan të shkoja "në atë vend atje" që kisha qenë tashmë në një. disa minuta më parë. Si rezultat, shkova në shtëpi duarbosh.

Në shtëpi, bëra një eksperiment për të fuqizuar një tifoz standard 12 volt nga dalja 5 volt e konvertuesit. Rezultatet nuk më pëlqyen - konverteri, me ngurrim të dukshëm, fiku LED-in e kuq dhe tifozi u shtrëngua dobët për disa sekonda, duke u përpjekur të fillonte. Rrjedha e ajrit nga ventilatori që funksiononte me gjysmën e fuqisë nuk ishte i mjaftueshëm për ftohje normale - radiatori u ngroh po aq shpejt, megjithëse nuk më digjte më gishtat. Në fund, vendosa të porosisja tifozin nga Ebay.

Rezultati

Megjithë efikasitetin e ulët të elementit Peltier në modalitetin e gjenerimit, unë ende mora një rezultat të ndërmjetëm - kur lidh një bateri portative me një rrymë ngarkimi të deklaruar prej 1000 mA në daljen e konvertuesit, gjeneratori ishte në gjendje të prodhonte një rrymë prej rreth 600 mA. Unë mendoj se kjo rrymë është mjaft e mjaftueshme për të ngarkuar shumicën e veglave në kushtet e Foxit të Madh të Arktikut.

Kur të mbërrijë tifozi (Ibay premton nga mesi i marsit deri në fillim të prillit), do të kontrolloj ftohjen. Plus, do t'ju duhet të provoni funksionimin e gjeneratorit në kushte "luftarake" - në një zjarr.

Kërkoj falje për cilësinë e fotove - nuk jam shumë fotograf. Lidhje me artikullin që më frymëzoi.

Gjenerator termoelektrik Peltier bazohet në të ashtuquajturat "Efekti Peltier", i cili u zbulua nga shkencëtarët në 1834. Ai qëndron në faktin se kur rryma elektrike kalon në një qark të mbyllur, i cili përbëhet nga dy pllaka të lidhura (metal ose gjysmëpërçues), në to do të lindë një ndryshim në temperaturë. Kjo do të thotë, një element do të nxehet, dhe i dyti do të ftohet. Efekti i kundërt u zbulua edhe më herët nga shkencëtari gjerman Seebeck. Mund të formulohet si më poshtë: në një qark të mbyllur me dy përçues, kontaktet e të cilëve kanë temperatura të ndryshme, lind një rrymë.

Në fakt, ne jemi të interesuar vetëm për opsionin e fundit, duke përdorur të cilin do të marrim rrymë. Pra, ndoshta do të ishte më e saktë të flitej për një gjenerator termoelektrik Peltier-Seebeck.

Vlen të përmendet menjëherë se efikasiteti i një gjeneratori të tillë është shumë i ulët. Dhe vështirë se mund të presësh që energjia e marrë do të jetë e mjaftueshme për diçka më shumë sesa për të karikuar një telefon ose ndezje të një llambë. Por për turistët dhe thjesht entuziastët kjo është e mjaftueshme.

Dizajni të ndryshëm mund të përdoren për të gjeneruar rrymë. Më e thjeshta është një "turi", një pjesë e së cilës nxehet me zjarr, dhe e dyta ftohet me ujë. Do të shikojmë 3 gjeneratorë termoelektrikë Peltier.

Për këtë na duhen:

• Moduli Peltier. Ne rekomandojmë TEC1-12712. Ju lutemi vini re se ky modul është i disponueshëm në tre versione: 40x40, 50x50, 60x60. Sa më e madhe të jetë madhësia, aq më e lartë është kostoja (afërsisht 1000-2000 rubla). Do të na duhen ose 1 modul me përmasa 60x60 ose më të lartë, ose 2 module me përmasa 40x40. 3 shifrat e para janë numri i elementeve (127). Dy shifrat e fundit në shenjë janë rryma maksimale. Në rastin tonë - 12A.
• Konvertuesi përforcues tension konstant (deri në 5 V). Në shumicën e rasteve, do të na duhet një rrymë me një tension prej 5V. Kjo është e mjaftueshme për të ngarkuar një telefon, elektrik dore, radio dhe për të ndezur një llambë të zakonshme inkandeshente. Por gjeneratori ynë ka shumë të ngjarë të prodhojë një rrymë tensioni më të ulët. Është e nevojshme ta matni atë dhe të shtoni konvertuesin e duhur në sistem. Ato mund të jenë ose të prodhuara në vend - KR1446PN1 (ose KR1446PN1E); konverteri përforcues 3.3B/5B EK-1674. Pra dhe e importuar - 5V NCP1402; MAX 756. Çmimet e tyre mund të ndryshojnë ndjeshëm, por me pak kërkim, mund të blini një konvertues të përshtatshëm për më pak se 10 dollarë. Prodhimi i konvertuesit varet nga ajo për çfarë do të përdoret termogjeneratori Peltier. Nëse për karikimin e një telefoni celular - një lidhës USB, etj.
• Një element ngrohjeje. Më e thjeshta është zjarri. Përndryshe, mund të përdorni qirinj (ju duhet vetëm të rregulloni gjeneratorin ndërsa qiri shkrihet). Parimi këtu është i thjeshtë - ju duhet të transferoni sa më shumë nxehtësi të jetë e mundur në modulin Peltier. Prandaj, burimi duhet të jetë ose shumë i nxehtë - zjarri i një sobë me gaz, një zjarr. Ose humbja e nxehtësisë duhet të minimizohet. Për ta bërë këtë, elementi i ngrohjes mund të vendoset në një gotë ose kuti. Më poshtë do të ndalemi në këtë më në detaje.
• Element ftohës. Më e thjeshta është uji ose akulli i thatë. Nëse jeni pranë një lumi, mund të provoni të përdorni ujë të ftohtë. Në këtë rast, elementi i ngrohjes do të jetë në krye.

Ne kemi mbuluar teorinë, tani është koha për praktikë.

Mjafton të zgjedhim elementin e fundit - elementët lidhës. Detyra e tyre është të krijojnë diferencën maksimale të temperaturës midis pllakave të modulit Peltier. Këtu ka vend që imagjinata juaj të jetë e egër dhe shumë varet nga ku, si dhe pse e montoni gjeneratorin Peltier, kështu që ne thjesht do të japim shembuj.

Shembull 1. Dy gota metalike të madhësive të ndryshme me doreza të prera. Mund të merrni një lugë ose një tenxhere të vogël. Vendosim tiganin në zjarr (mund të përdorni edhe sobë elektrike), vendosim modulin sipër dhe e mbulojmë me një filxhan ose lugë më të vogël të mbushur me akull, borë ose thjesht ujë të ftohtë. Më pas, ne bashkojmë një tel në daljen e gjeneratorit që çon në hyrjen e konvertuesit të tensionit. Para kësaj, sipërfaqet, natyrisht, duhet të lustrohen. Ju gjithashtu duhet të aplikoni pastë termike; kjo do të diskutohet më në detaje më poshtë.

Shembulli 2. Do të na duhet një qiri Ikea, një filxhan, një lugë dhe një pjatë duralumini. Duke përdorur ngjitësin rezistent ndaj nxehtësisë, ngjitni modulin Peltier në pjatë. Në anën tjetër të modulit ngjisim edhe pjesën e poshtme të lugës.

Shembulli 3. Marrim një modul me 127 elementë, me përmasa 50x50. Do t'ju nevojiten edhe dy shufra alumini, sipërfaqet e kontaktit të të cilave i lyejmë paraprakisht dhe vendosim pastë termike. Ne ngjisim shufrat në të dy anët e modulit. Ne bashkojmë një radiator në bllokun "të ftohtë". Dhe ne e vendosim atë "të nxehtë" në një djegës të punës të sobës elektrike.

Fuqia e këtij përbindëshi ishte e mjaftueshme për të ndezur një llambë 10 vat me një tension deri në 6 V.

Disavantazhi i të gjitha opsioneve të mëparshme është se është e vështirë të organizohet ftohje efektive në shtëpi. Akulli do të shkrihet dhe radiatori do të nxehet. Por në kushte "të egra" gjithçka mund të jetë më e thjeshtë: mund të përdorni ujin e lumit ose borën për ftohje dhe zjarrin e përmendur më lart për ngrohje.

E rëndësishme! Efikasiteti i gjeneratorit Peltier është shumë i ulët, kështu që çdo mundësi duhet të përdoret për të përmirësuar efikasitetin. Të gjithë ata, në një mënyrë ose në një tjetër, kanë për qëllim zvogëlimin e humbjes së nxehtësisë.

Së pari, për përçueshmëri më të mirë termike, sipërfaqja e elementëve lidhës që është në kontakt me modulin duhet të lëmohet deri në një përfundim pasqyre. Për ta bërë këtë, mund të përdorni një makinë ose stërvitje me një shufër ndjerë të futur, mbi të cilën aplikohet pasta GOI.

Më pas ato duhet të lyhen me pastë termike, e cila e përcjell mirë nxehtësinë. Mund ta merrni në çdo dyqan radioje ose kompjuteri.

Ju gjithashtu mund të aplikoni një izolues rezistent ndaj nxehtësisë në vendet përmes të cilave del nxehtësia. Në dizajnin tonë të parë, kjo do të jetë hapësira midis pjesëve të poshtme të lugës më të madhe dhe turit më të vogël. Falë kësaj, nxehtësia që rezulton nuk do të "shpërndahet" në të gjithë sipërfaqen e pjesës së poshtme të turit të jashtëm. Kjo nuk është e nevojshme nëse fundet tuaja kanë përafërsisht të njëjtën madhësi, siç tregohet në foton më poshtë.

Si filxhani ashtu edhe luga janë afërsisht të njëjtin diametër - e gjithë nxehtësia nga filxhani shkon lart në modulin Peltier.

Nëse telat midis modulit dhe konvertuesit janë në një "zonë të nxehtë", ato gjithashtu duhet të izolohen me ngjitës ose leckë rezistente ndaj nxehtësisë.

Rryma që rezulton mund të matet me një testues, LED, llambë me fuqi të ulët, etj. Vini re se rryma nuk shfaqet menjëherë pas fillimit, por pas 1-2 minutash.

Pajisjet e ftohjes janë vendosur aq fort në jetën tonë sa që është madje e vështirë të imagjinohet se si mund të ia dilnim pa të. Por modelet klasike të ftohësit nuk janë të përshtatshme për përdorim celular, për shembull, si një çantë ftohëse udhëtimi.

Për këtë qëllim përdoren instalimet në të cilat parimi i funksionimit bazohet në efektin Peltier. Le të flasim shkurtimisht për këtë fenomen.

Cfare eshte?

Ky term i referohet një fenomeni termoelektrik të zbuluar në 1834 nga natyralisti francez Jean-Charles Peltier. Thelbi i efektit është lirimi ose thithja e nxehtësisë në zonën ku përçuesit e ndryshëm nëpër të cilët kalon rryma elektrike janë në kontakt.

Në përputhje me teorinë klasike, ekziston shpjegimi i mëposhtëm për fenomenin: rryma elektrike transferon elektrone ndërmjet metaleve, të cilat mund të përshpejtojnë ose ngadalësojnë lëvizjen e tyre, në varësi të ndryshimit të potencialit të kontaktit në përçuesit e bërë nga materiale të ndryshme. Prandaj, me një rritje të energjisë kinetike, ajo shndërrohet në energji termike.

Në përcjellësin e dytë, vërehet një proces i kundërt, që kërkon rimbushje të energjisë, në përputhje me ligjin themelor të fizikës. Kjo ndodh për shkak të dridhjes termike, e cila shkakton ftohjen e metalit nga i cili është bërë përcjellësi i dytë.

Teknologjitë moderne bëjnë të mundur prodhimin e elementeve-module gjysmëpërçuese me efekt maksimal termoelektrik. Ka kuptim të flasim shkurtimisht për dizajnin e tyre.

Dizajni dhe parimi i funksionimit

Modulet moderne janë një strukturë e përbërë nga dy pllaka izoluese (zakonisht qeramike), me termoçifte të lidhur në mënyrë të vendosur ndërmjet tyre. Një diagram i thjeshtuar i një elementi të tillë mund të gjendet në figurën më poshtë.

Emërtimet:

• A - kontaktet për t'u lidhur me një burim energjie;
• B – sipërfaqja e nxehtë e elementit;
• C – ana e ftohtë;
• D – përçues bakri;
• E – gjysmëpërçues i bazuar në p-bashkim;
• F – gjysmëpërçues i tipit n.

Dizajni është bërë në atë mënyrë që secila anë e modulit të jetë në kontakt me kryqëzimet p-n ose n-p (në varësi të polaritetit). Kontaktet p-n ngrohen, kontaktet n-p ftohen (shih Fig. 3). Prandaj, një ndryshim i temperaturës (DT) ndodh në anët e elementit. Për një vëzhgues, ky efekt do të duket si një transferim i energjisë termike midis anëve të modulit. Vlen të përmendet se ndryshimi i polaritetit të fuqisë çon në një ndryshim në sipërfaqet e nxehta dhe të ftohta.

Oriz. 3. A – ana e nxehtë e termoelementit, B – ana e ftohtë

Specifikimet

Karakteristikat e moduleve termoelektrike përshkruhen nga parametrat e mëposhtëm:

• kapaciteti ftohës (Q max), kjo karakteristikë përcaktohet në bazë të rrymës maksimale të lejuar dhe ndryshimit të temperaturës ndërmjet anëve të modulit, të matur në Watts;
• diferenca maksimale e temperaturës midis anëve të elementit (DT max), parametri jepet për kushte ideale, njësia e matjes është gradë;
• rryma e lejuar e nevojshme për të siguruar ndryshimin maksimal të temperaturës - I max;
• tensioni maksimal U max i nevojshëm që rryma I max të arrijë diferencën e pikut DT max;
• rezistenca e brendshme e modulit - Rezistenca, e treguar në Ohms;
• koeficienti i efikasitetit - COP (shkurtim nga anglishtja - koeficienti i performancës), në thelb ky është efikasiteti i pajisjes, duke treguar raportin e ftohjes me konsumin e energjisë. Për elementë të lirë, ky parametër është në intervalin 0.3-0.35, për modelet më të shtrenjta i afrohet 0.5.

Shënimi

Le të shohim se si deshifrohen shenjat tipike të moduleve duke përdorur shembullin e Figurës 4.

Figura 4. Moduli Peltier i shënuar TEC1-12706

Shënimi ndahet në tre grupe domethënëse:

1. Emërtimi i elementit. Dy shkronjat e para janë gjithmonë të pandryshuara (TE), duke treguar se ky është një termoelement. Tjetra tregon madhësinë, mund të ketë shkronjat "C" (standarde) dhe "S" (të vogla). Numri i fundit tregon se sa shtresa (kaskada) ka në element.
2. Numri i termoçifteve në modulin e paraqitur në foto është 127.
3. Rryma e vlerësuar është në Amper, për ne është 6 A.

Shenjat e modeleve të tjera të serisë TEC1 lexohen në të njëjtën mënyrë, për shembull: 12703, 12705, 12710, etj.

Aplikacion

Megjithë efikasitetin mjaft të ulët, elementët termoelektrikë përdoren gjerësisht në matje, llogaritje dhe pajisje shtëpiake. Modulet janë një element i rëndësishëm i funksionimit të pajisjeve të mëposhtme:

• njësi të lëvizshme ftohëse;
• gjeneratorë të vegjël për të prodhuar energji elektrike;
• sistemet e ftohjes në kompjuterët personalë;
• ftohës për ftohjen dhe ngrohjen e ujit;
• dehumidifikues etj.

Le të japim shembuj të detajuar të përdorimit të moduleve termoelektrike.

Frigoriferi duke përdorur elementë Peltier

Njësitë e ftohjes termoelektrike janë dukshëm inferiore në performancë ndaj kompresorit dhe analogëve të absorbimit. Por ato kanë përparësi të konsiderueshme, gjë që e bën përdorimin e tyre të këshillueshëm në kushte të caktuara. Këto avantazhe përfshijnë:

• thjeshtësia e dizajnit;
• rezistenca ndaj dridhjeve;
• mungesa e elementeve lëvizëse (përveç tifozit që fryn radiatorin);
• niveli i ulët i zhurmës;
• dimensione të vogla;
• aftësia për të punuar në çdo pozicion;
• jetë e gjatë shërbimi;
• konsumi i ulët i energjisë.

Këto karakteristika janë ideale për instalime të lëvizshme.

Elementi Peltier si gjenerues i energjisë elektrike

Modulet termoelektrike mund të funksionojnë si gjenerues të energjisë elektrike nëse njëra nga anët e tyre i nënshtrohet ngrohjes së detyruar. Sa më i madh të jetë ndryshimi i temperaturës midis anëve, aq më e lartë është rryma e gjeneruar nga burimi. Fatkeqësisht, temperatura maksimale për gjeneratorin termik është e kufizuar; nuk mund të jetë më e lartë se pika e shkrirjes së saldimit të përdorur në modul. Shkelja e këtij kushti do të çojë në dështimin e elementit.

Për prodhimin masiv të gjeneratorëve termikë përdoren module speciale me saldim zjarrdurues, të cilët mund të ngrohen në një temperaturë prej 300°C. Në elementët e zakonshëm, për shembull, TEC1 12715, kufiri është 150 gradë.

Meqenëse efikasiteti i pajisjeve të tilla është i ulët, ato përdoren vetëm në rastet kur nuk është e mundur të përdoret një burim më efikas i energjisë elektrike. Sidoqoftë, gjeneratorët termikë 5-10 W janë në kërkesë midis turistëve, gjeologëve dhe banorëve të zonave të largëta. Instalime stacionare të mëdha dhe të fuqishme të mundësuara nga karburant me temperaturë të lartë përdoren për të fuqizuar njësitë e shpërndarjes së gazit, pajisjet e stacionit meteorologjik, etj.

Për të ftohur procesorin

Relativisht kohët e fundit, këto module filluan të përdoren në sistemet e ftohjes së CPU të kompjuterëve personalë. Duke marrë parasysh efikasitetin e ulët të termoelementeve, përfitimet e strukturave të tilla janë mjaft të dyshimta. Për shembull, për të ftohur një burim nxehtësie me fuqi 100-170 W (që korrespondon me shumicën e modeleve moderne të CPU), do t'ju duhet të shpenzoni 400-680 W, gjë që kërkon instalimin e një furnizimi të fuqishëm me energji elektrike.

Gracka e dytë është se një procesor i shkarkuar do të lëshojë më pak energji termike dhe moduli mund ta ftohë atë nën pikën e vesës. Si rezultat, do të fillojë të formohet kondensimi, i cili garantohet të dëmtojë elektronikën.

Ata që vendosin të krijojnë vetë një sistem të tillë do të duhet të kryejnë një sërë llogaritjesh për të zgjedhur fuqinë e modulit për një model specifik procesori.

Bazuar në sa më sipër, përdorimi i këtyre moduleve si një sistem ftohjeje CPU nuk është me kosto efektive; përveç kësaj, ato mund të shkaktojnë dështimin e pajisjeve kompjuterike.

Situata është krejtësisht e ndryshme me pajisjet hibride, ku modulet termike përdoren së bashku me ftohjen e ujit ose ajrit.

Sistemet hibride të ftohjes kanë vërtetuar efektivitetin e tyre, por kostoja e lartë kufizon rrethin e admiruesve të tyre.

Kondicioner i bazuar në elementë Peltier

Teorikisht, një pajisje e tillë do të jetë strukturisht shumë më e thjeshtë se sistemet klasike të kontrollit të klimës, por gjithçka vjen në performancë të ulët. Është një gjë të ftohësh një volum të vogël të një frigoriferi, tjetër gjë të ftohësh një dhomë ose brendësi të një makine. Kondicionerët që përdorin module termoelektrike do të konsumojnë më shumë energji elektrike (3-4 herë) sesa pajisjet që punojnë me ftohës.

Sa i përket përdorimit të tij si një sistem i kontrollit të klimës së makinës, fuqia e një gjeneratori standard nuk do të jetë e mjaftueshme për të funksionuar një pajisje të tillë. Zëvendësimi i tij me pajisje më efikase do të çojë në konsum të konsiderueshëm të karburantit, i cili nuk është me kosto efektive.

Në forumet tematike, lindin periodikisht diskutime për këtë temë dhe konsiderohen dizajne të ndryshme të bëra në shtëpi, por ende nuk është krijuar një prototip i plotë pune (duke mos llogaritur kondicionerin për një lloj brejtësi). Është shumë e mundur që situata të ndryshojë kur modulet me efikasitet më të pranueshëm të bëhen gjerësisht të disponueshme.

Për ftohjen e ujit

Elementi termoelektrik shpesh përdoret si ftohës për ftohësit e ujit. Dizajni përfshin: një modul ftohjeje, një kontrollues të kontrolluar nga termostati dhe një ngrohës. Ky zbatim është shumë më i thjeshtë dhe më i lirë se një qark kompresor; përveç kësaj, është më i besueshëm dhe më i lehtë për t'u përdorur. Por ka edhe disavantazhe të caktuara:

• uji nuk ftohet nën 10-12°C;
• ftohja zgjat më shumë se homologu i tij i kompresorit, prandaj, një ftohës i tillë nuk është i përshtatshëm për një zyrë me një numër të madh punonjësish;
• pajisja është e ndjeshme ndaj temperaturës së jashtme, në një dhomë të ngrohtë uji nuk do të ftohet në temperaturën minimale;
• Instalimi në dhoma me pluhur nuk rekomandohet, pasi ventilatori mund të bllokohet dhe moduli i ftohjes mund të dështojë.

Ftohës uji tavoline duke përdorur elementin Peltier

Tharëse ajri bazuar në elementët Peltier

Ndryshe nga një kondicioner, zbatimi i një dehumidifikuesi duke përdorur elementë termoelektrikë është mjaft i mundshëm. Dizajni është mjaft i thjeshtë dhe i lirë. Moduli i ftohjes ul temperaturën e radiatorit nën pikën e vesës, si rezultat, lagështia e përmbajtur në ajrin që kalon përmes pajisjes vendoset mbi të. Uji i vendosur derdhet në një rezervuar të veçantë depozitimi.

Pavarësisht efikasitetit të ulët, në këtë rast efikasiteti i pajisjes është mjaft i kënaqshëm.

Si të lidheni?

Nuk do të ketë probleme me lidhjen e modulit; duhet të aplikohet një tension konstant në telat e daljes; vlera e tij tregohet në fletën e të dhënave të elementit. Teli i kuq duhet të lidhet me pozitivin, teli i zi me negativin. Kujdes! Kthimi i polaritetit ndryshon pozicionet e sipërfaqeve të ftohura dhe të ngrohura.

Si të kontrolloni elementin Peltier për funksionalitet?

Metoda më e thjeshtë dhe më e besueshme është e prekshme. Është e nevojshme të lidhni modulin me burimin e duhur të tensionit dhe të prekni anët e ndryshme të tij. Për një element pune, njëri prej tyre do të jetë më i ngrohtë, tjetri më i ftohtë.

Nëse nuk keni një burim të përshtatshëm në dorë, do t'ju duhet një multimetër dhe një çakmak. Procesi i verifikimit është mjaft i thjeshtë:

1. lidhni sondat me terminalet e modulit;
2. sillni çakmakun e ndezur në njërën nga anët;
3. Ne vëzhgojmë leximet e pajisjes.

Në modulin e punës, kur njëra nga anët nxehet, gjenerohet një rrymë elektrike, e cila do të shfaqet në ekranin e pajisjes.

Si të bëni një element Peltier me duart tuaja?

Është pothuajse e pamundur të bësh një modul të bërë në shtëpi në shtëpi, veçanërisht pasi nuk ka kuptim ta bësh këtë, duke pasur parasysh koston e tyre relativisht të ulët (rreth 4-10 dollarë). Por ju mund të montoni një pajisje që do të jetë e dobishme në një rritje, për shembull, një gjenerator termoelektrik.

Për të stabilizuar tensionin, është e nevojshme të montoni një konvertues të thjeshtë në çipin IC L6920.

Një tension në intervalin 0,8-5,5 V furnizohet në hyrjen e një konverteri të tillë; në dalje do të prodhojë një 5 V të qëndrueshme, e cila është mjaft e mjaftueshme për të rimbushur shumicën e pajisjeve mobile. Nëse përdoret një element konvencional Peltier, është e nevojshme të kufizohet diapazoni i temperaturës së funksionimit të anës së nxehtë në 150 °C. Për të shmangur telashet e gjurmimit, është më mirë të përdorni një tenxhere me ujë të valë si burim nxehtësie. Në këtë rast, elementi garantohet të mos nxehet mbi 100 °C.