Меню

Выработка тока элементом пельтье

Элементы Пельтье или бесплатное электричество от костра

При помощи простых приспособлений можно использовать теплопотери от нагревания воздуха или жидкостей. В этой статье мы расскажем, как использовать бросовую энергию печей, котлов и открытого огня, преобразовав её в постоянный электрический ток небольшой силы.

Элементы Пельтье или бесплатное электричество от костра

Любой химический процесс проходит с выделением разного рода энергии. Такой мощный источник, как горение использовался во все времена. Его можно назвать первичным источником тепла и света. Горят практически все вещества на Земле, выделяя при этом тепло и свет в разных количествах. Преобразовать тепловую энергию в электрическую — дело несложное, если под рукой есть рабочая паротурбина, подобная тем, что установлены на ТЭЦ. Это громоздкое и сложное устройство, которому вряд ли найдётся место в котельной загородного дома. Мы попробуем извлечь пользу из выделения тепла при печном отоплении или нагревании воды.

Эффект Пельтье — это явление перепада температур при взаимодействии термопар двух различных типов проводников (p-типа и n-типа) при прохождении через них постоянного тока. Эффект Зеебека — следствие эффекта Пельтье, когда при нагревании одной из термопар образуется электрический ток. Мы не будем подробно описывать термодинамику процесса — эту сложную для восприятия информацию можно легко найти в справочной литературе. Нас интересует результат и варианты его практического использования.

Конструкция термоэлектрического модуля

Термоэлектрический модуль (ТЭМ) состоит из множества термопар, соединённых между собой медной пластиной. Поле термопар вклеивается между двух керамических пластин. Собрать такой модуль возможно только в заводских условиях. Но скомпоновать несколько ТЭМ для собственных нужд получится и дома. Элементы Пельтье-Зеебека имеются в свободной продаже в специализированных магазинах (и на сайтах) по продаже технологического оборудования.

Собираем ТЭМ на 5 В

  • модуль Пельтье TEC1–12705 (40×40) — 2 шт.;
  • повышающий преобразователь постоянного напряжения ЕК-1674;
  • лист дюралюминия толщиной 3 мм;
  • ёмкость для воды с идеально ровным дном (ковш);
  • термоклей;
  • паяльник.

Элементы Пельтье или бесплатное электричество от костра

Вырезаем из листа дюралюминия две одинаковые пластины, размерами чуть более двух модулей, лежащих рядом. Укрепляем термоклеем пластины на модулях с обеих сторон. Фиксируем (термоклеем) получившийся «сэндвич» на дно ковша. Такую конструкцию уже можно ставить на огонь, но мы получим на выходе бесполезные 1,5 В. Для улучшения характеристик нам и нужен повышающий преобразователь, который мы впаиваем в цепь. Он повысит напряжение до 5 В, а этого уже достаточно для зарядки мобильного телефона.

Элементы Пельтье или бесплатное электричество от костра

Внимание! Преобразователь имеет размеры 1,5х1,5 см. При отсутствии профессиональных навыков доверьте пайку специалисту.

Разность температур в нашей конструкции получается за счёт нагрева одной стороны (от печи или пламени) и охлаждения другой (вода в ковше). Разумеется, чем больше разница, тем эффективнее работа модуля. Поэтому, для работы в режиме микрогенератора понадобится сравнительно низкая температура воды в ковше (её лучше периодически заменять). Для выработки заветных 5 В достаточно поставить конструкцию на стакан с горящей свечой.

Пропорционально комбинируя большее количество модулей, мы получим более эффективную систему выработки энергии. Соответственно, увеличивая конструкцию, пропорционально увеличиваем теплообменник. При этом охлаждаемая поверхность должна быть полностью покрыта ёмкостью с водой (самый простой и доступный вариант).

Всё так просто, что сразу возникает желание собрать побольше модулей в одну систему и вырабатывать 220 В из костра. А потом подключить масляный обогреватель или кондиционер. Такая простая система имеет свои недостатки, и главный из них — низкий КПД. Обычно этот показатель не превышает 5%. Это обуславливает сравнительно малую силу тока 0,5 — 0,8 А и очень малую мощность — до 4 Вт.

Для насоса или лампы накаливания это ничтожно мало, но вполне достаточно для:

  • зарядки аккумуляторов вплоть до мотоциклетных (в вариантах, пропорциональных требованиям);
  • работы светодиодных (LED) ламп;
  • радиоприёмника.

В зимнее время система, помещённая на источник тепла, находящийся на улице, будет работать максимально эффективно.

Затраты на материалы для сборки термоэлектрического микрогенератора на 5 В:

Наименование Цена, руб. Примечание
Модуль Пельтье TEC1–12705 (40×40)* — 2 шт. 600 Цена за 2 шт.
Повышающий преобразователь постоянного напряжения ЕК-1674 320
Дюралюминий 300 Лист для варианта с ковшом
Термоклей Radial 150 2 мл
Ковш 100 Новый
Итого на материалы 1470

*- данная модель элемента выбрана из соображений цены. Ассортимент ТЭМ у фирм-поставщиков довольно широк, что позволяет подобрать более производительные (до 8 В) модели (они ощутимо дороже).

Заводские изделия подобной конструкции только начинают появляться в продаже. Серийное производство ведётся мелкими партиями, да и ассортимент невелик. Стоимость такого «ковшика» стартует с 2500 руб.

Элементы Пельтье или бесплатное электричество от костра

Заводской термогенератор — устройство, основанное на эффекте Пельтье-Зеебека, которое можно закрепить прямо на разогретую поверхность. От конструкции, описанной выше, его отличает заводское исполнение (а значит, надёжность), отсутствие жидкостного теплообменника (вместо него — рёбра для воздушного охлаждения) и более высокая цена.

Элементы Пельтье или бесплатное электричество от костра

Стандартный «походный» термогенератор имеет следующие характеристики:

Напряжение 13,5 В
Сила тока 0,16 А
Мощность 2,2 Вт
Вес 1,6–2 кг
Кабель в бронерукаве Да
Защита от перегрева Да
Набор стандартных разъемов Да
Размеры (примерно) 150х150х200 мм
Цена От 7000 руб.

Как видно из таблицы, заводская надёжность и утилитарность обходится недёшево. При этом нельзя сказать, что он функционально превосходит самодельный вариант с ковшом. Впечатляющие 13,5 В ускорят зарядку мобильника, но для этого будет нужно носить с собой 2 кг веса в походе, а это непозволительная роскошь (с учётом размеров прибора). Ну и, конечно, цена заставляет задуматься. На эту сумму можно собрать уже не «термоковшик», а «термокастрюлю» и спокойно заряжать ноутбук. И ещё один нюанс — прибор всё равно требует закрепления на металлической пластине в случае использования открытого огня.

В целом это приятное и удобное дополнение для тех, у кого нет проблем с деньгами и свободным местом в багажнике.

Энергопечь

На сегодняшний день энергопечь — апофеоз применения ТЭМ в быту. Это заводское изделие, по сути дела топка-«буржуйка», для любого вида твёрдого топлива с интегрированным теплоэлектрическим модулем. Идеальный вариант для охотничьих домиков, дач, отдалённых зимовок и вообще любого вида жизни вдали от цивилизации. Рассчитана на автономное использование (без периферических теплоотводов), имеет только очаг и дымоход. Предусматривает приготовление пищи. На эту печь устанавливают самые мощные элементы Пельтье-Зеебека.

Элементы Пельтье или бесплатное электричество от костра

Выходная мощность 25–50 Вт
Выходное напряжение 12 В
Объём топки 30–60 литров
Вес 30–60 кг
Тепловая мощность 4–6 кВт
Стабилизатор Да
Заводские разъёмы Да
Защита от перегрева Да
Цена 23000–40000 руб.

Хотя печь и переносная, безусловно, это «супертяжёлая весовая категория» среди бытовых приборов. Однако и спектр задач у энергопечи довольно широк — она может заряжать даже автомобильные аккумуляторы, освещать LED лампами целые комнаты. Ей найдётся место в экспедиционном обозе и в охотничьем вездеходе, в техническом помещении и на даче. Иными словами, в этом случае источник тепла у нас всегда с собой, осталось найти топливо.

В своей нише энергопечь незаменима, хотя и немного настораживает заявленный производителем срок службы — 10 лет. Следует отметить, что, как и в термогенераторе, есть возможность профилактической (или аварийной) замены всех деталей вплоть до корпуса.

Термоэлектрические модули — крайне занятные объекты. Помимо описанных методов применения их также используют для кондиционирования воды и воздуха. При этом на такой же элемент подаётся постоянный ток и он работает «в обратную сторону» — охлаждает воздух. Эта технология с успехом применяется в автомобильных кондиционерах и кулерах для воды, в автомобилестроении и при производстве микропроцессоров. Мы опишем эти устройства в следующей статье.

Источник

Эксперимент по постройке термоэлектрического генератора на основе элементов Пельтье

Здравствуйте, меня зовут Данил, и я параноик. Паранойя моя заключается в том, что я убежден в неминуемом приходе Большого Песца. В каком обличье этот самый песец придет, не важно – если останемся в живых, то, скорее всего, придется начинать жить с нуля. А жить гораздо веселее, когда у тебя есть, от чего зарядить аккумуляторы в фонарике и дозиметре. Тех, кто считает так же (а также и всех любопытствующих), прошу под кат (осторожно, тяжелые фотки).

Исследовательская часть

Собственно, почему элемент Пельтье? Гораздо логичнее приобрести фонарик с мышечным приводом («жужелицу»), солнечными батареями, или, на худой конец, построить ветряк. Раньше я тоже думал, что вполне можно обойтись «жужелицей». Но в ней очень много движущихся деталей, которые сделаны дядюшкой Ляо из дешевого пластика. Первая поломка в условиях Большого Песца – и ты остаешься без электричества.

Хорошо, спросите вы, почему не солнечные батареи? Там нет движущихся частей. Согласен, отвечу я, но в условиях ядерной или вулканической зимы или под двухметровым бетонным перекрытием убежища солнышко не так-то легко поймать.

Ветряк? А какой площади должны быть его лопасти для того, чтобы он мог крутиться даже от слабого ветра? Движущиеся детали, опять же. Ветряк годится для стационарной установки при оборудовании долговременного укрытия.

Обмозговав эти доводы, я приуныл. Но вскоре случайно наткнулся на сайт nepropadu.ru (никакой рекламы, исключительно ссылка на исходный материал). Я просидел на нем безвылазно двое суток, и в процессе наткнулся на прелюбопытную статью про печку-щепочницу из корпуса от компьютерного БП с элементом Пельтье на боку (ссылка в конце поста). В комментариях было много скептики, но автор писал, что спокойно заряжал телефон от подключенного китайского DC-DC преобразователя… Я загорелся.

Конструкторская часть

Для начала я заказал у китайцев на e-Bay такой же элемент Пельтье (на эксперименты хватит). Обошелся он мне в 320 рублей. Что порадовало, так это ускоренная, с отслеживанием, но бесплатная доставка. Плюс товар отправили буквально через час после оплаты (а дело было в воскресенье).

Пока элемент Пельтье ехал, я продумал конструкцию будущего термоэлектрического генератора, нашел подходящий радиатор с вентилятором (прекрасно подошел древний процессорный радиатор), а также откопал на просторах Интернета схему DC-DC преобразователя с максимальным выходным током 1 ампер при напряжении 5 вольт.

Делать печку-щепочницу по примеру из той статьи я посчитал не целесообразным. Металл, из которого делают компьютерное железо, очень мягкий, от воздействия высоких температур его «поведет», да и прогорит он быстро. Поэтому было решено сделать «съемный вариант» генератора, который можно было бы закрепить на боку стационарной печки или прислонить к стоящему на костре котелку. А чтобы в таких условиях не поджарить элемент Пельтье на открытом огне, нужна была термостойкая, но теплопроводящая прокладка. Для этого мне удалось раздобыть кусок толстой алюминиевой пластины размерами 100х120х5 миллиметров.

Чтобы прижать элемент Пельтье к алюминиевой подложке, а к нему, в свою очередь, прижать радиатор, я решил использовать детский металлический конструктор, который я когда-то покупал для нужд робототехники.

Но вот элемент Пельтье приехал, и настало время для сборки.

Технологическая часть

У нас был радиатор, алюминиевая пластина, элемент Пельтье, горстка радиодеталей, кусок фольгированного текстолита и самые разные винтики и гайки. Дальше не помню.

Итак, все компоненты собраны, можно приступать к сборке.

Прошу прощения за размеченную и просверленную в двух местах пластину – до меня только после дошло, что неплохо бы фотографировать весь процесс сборки с самого начала.

Первая неприятность, которая меня подстерегала – это 12-вольтовый штатный вентилятор на радиаторе. Так как я собираюсь добывать всего 5 вольт, да еще и при довольно небольшом максимальном токе, то это могло создать проблему.

Сначала я закинул удочки во все радио- и компьютерные магазины Перми, однако нигде не нашлось вентилятора 80х80 миллиметров на 5 вольт. А если и были, то меньших размеров и на ток более 200 мА, что было слишком много.

Читайте также:  Лайфхаки в тока бока ворд

Затем я покопался на Ибее и обнаружил, что нужный мне вентилятор стоит от 300 рублей. Но надеяться на скорую доставку было бессмысленно, и поэтому я оставил этот вариант как резервный.

И только после всех поисков я догадался включить штатный 12-вольтовый вентилятор к 5-вольтовому источнику напряжения. Оказалось, что он вполне неплохо дует, и при этом потребляет не очень большой ток. Поэтому я решил пока оставить его, а после проведения испытаний при необходимости заказать вентилятор на Ибее.

Я разметил алюминиевую пластину и просверлил в ней два отверстия для крепления радиатора и два – для платы преобразователя напряжения. Отверстия я сделал диаметром 4 миллиметра (под винты из конструктора), а с внешней стороны расширил их до 7,5 миллиметров, чтобы скрыть шляпки винтов. После этого я скруглил напильником острые углы и прошелся крупной наждачкой по всем поверхностям пластины, и мелкой – по месту прижатия элемента Пельтье.

На этом обработку подложки я посчитал завершенной и приступил к изготовлению преобразователя напряжения.
Импульсный повышающий преобразователь напряжения собран на ИМС L6920, которая начинает работать при входном напряжении 0,8 вольт и позволяет снять со своего выхода фиксированное напряжение 3,3 или 5 вольт, или изменяемое от 1,8 до 5,5 вольт.

Принципиальная схема преобразователя является типовой и взята из даташита.

Для получения 5 вольт на выходе схемы ножка 1 соединена с общим проводом. Также настроена выдача низкого уровня на ножке 3 при падении входного напряжения ниже 1,5 вольт.

Для схемы была разведена печатная плата, на которой предусмотрено крепление к основанию-подложке с помощью все тех же деталей от детского конструктора. За перегрев платы я не беспокоюсь, так как она имеет принудительное охлаждение потоком воздуха, выдуваемым из радиатора.

Пришлось повозиться с макросом корпуса, в котором была купленная мной микросхема. На сайте магазина значилось, что она в корпусе SSOP-8. Как оказалось, в стандартном наборе макросов Sprint Layout нет такого корпуса. Я нашел чертеж корпуса SSOP-8 и сделал макрос, после чего развел плату. После пробной печати выяснилось, что микросхема несколько шире, и на свои контактные площадки не помещается. Гугление конкретной модели микросхемы (L6920D) привело меня на сайт Чип-Дипа, где я узнал, что ИМС с индексом D изготавливается в корпусе TSSOP-8. Почесав затылок, я нашел чертеж этого корпуса, создал макрос и переразвел плату. Теперь все оказалось правильно.

Плата изготовлена при помощи ЛУТа и собрана. Оказалось, что корпус TSSOP-8 паять без фена очень неудобно. Но мы люди тертые, FTDI-микросхемы с шагом ножек 0,4 миллиметра паяли.

Теперь можно заняться установкой элемента Пельтье и радиатора. Подложку и радиатор в местах контакта с элементом я намазал термопастой. Затем стянул получившийся «бутерброд» гайками.

Оказалось, что плата преобразователя не влезает, упирается входным разъемом в радиатор, слегка не рассчитал. Перевернул крепежные скобы, плату вывесил наружу, а для защиты элементов от механических повреждений добавил еще две скобы. Вот что в итоге получилось:

Теперь можно проверить работоспособность генератора. Я нагревал его на газовой горелке. Вентилятор решил пока не ставить.

Для начала оказалось, что я перепутал полярность подключения элемента к преобразователю. Хотя вроде бы все было правильно – черный провод – к минусу, красный – к плюсу. Однако работать генератор не хотел. Тогда я изменил полярность подключения элемента.

Генератор заработал – сначала загорелись оба светодиода, сигнализируя о наличии 5 вольт на выходе и низком напряжении на входе, затем красный светодиод погас – напряжение поднялось выше полутора вольт.

К моему неудовольствию оказалось, что без вентилятора через пару минут работы системы радиатор ощутимо нагрелся. Так дело не пойдет.

На следующий день я прогулялся по металлорынку и нескольким компьютерным барахолкам, но на мой вопрос о 5-вольтовых вентиляторах везде разводили руками и советовали сходить «еще вон в то место», в котором я уже был пару минут назад. В итоге я поехал домой не солоно хлебавши.

Дома я провел эксперимент по запитке штатного 12-вольтового вентилятора от выходных 5 вольт преобразователя. Результаты меня не порадовали – преобразователь с явной неохотой погасил красный светодиод, а вентилятор несколько секунд слабо подергивался, пытаясь запуститься. Воздушного потока от работающего в полсилы вентилятора оказалось недостаточно для нормального охлаждения – радиатор так же быстро нагрелся, хоть и не обжигал теперь пальцы. В итоге вентилятор я решил все же заказать с Ибея.

Результат

Несмотря на низкий КПД элемента Пельтье в режиме генерации, промежуточный результат я все же получил – при подключении к выходу преобразователя портативного аккумулятора с заявленным током заряда 1000 мА генератор смог дать ток около 600 мА. Думаю, для зарядки большинства гаджетов в условиях Большого Песца этого тока вполне хватит.

По приезду вентилятора (Ибей обещает середину марта-начало апреля) проверю охлаждение. Плюс нужно будет протестировать работу генератора в «боевых» условиях – на костре.

За качество фотографий извиняюсь — фотограф из меня никакой. Ссылка на вдохновившую меня статью: тыц.

Источник

Термоэлектрический генератор(ТЭГ) на модулях Пельтье

Приветствую всех читателей. В предыдущей теме:Автономная солнечная система в Подмосковье я упомянул про свой ТЭГ, который помогает при отсутствии солнца. В комментариях люди просили на этом остановиться подробнее. Вот, вспомнил, что да как. И отвечаю. Сперва идут мои материалы с Форумхауса многолетней давности. Не все, а для понимания.

Итак, год назад, перед ноябрьским отключением электричества, я сваял примитивный термоэлектрический агрегат из одного модуля Пельтье из Вольтмастера, самый дешёвый на 127 ватт холода. Особенности таких модулей — эффективность в генерации 2-3%, максимальная температура нагрева — 150 градусов Цельсия. Из разнообразных обрезков(см. фото)

Термоэлектрический генератор(ТЭГ) на модулях Пельтье Автономность, Рукожоп, Замкадье, Длиннопост

алюминия склеил/скрутил вокруг модуля два радиатора — один(нижний) на печку для уменьшения температуры, поступающей к модулю, второй — сверху для быстрейшего охлаждения холодной стороны модуля. Оговорюсь, что в охлаждении не силён совсем, посему лепил алюминь, как попало.
Весь агрегат ставился на печку( печь-шведка), точнее на её чугунную плиту, перед растопкой(температура чугунины максимум-до 250 градусов). Эффективная температура на плите держится около 3 часов, средняя выработка энергии в эти часы — 2-2.5 ватт/час. За одну топку получается около 6 ватт энергии кошкины слёзы. Печь топилась каждый день, поэтому в месяц выходило что то около 200 ватт. К выводам агрегата крокодилами подключался простой стабилизатор( из набора e-kits) и потом заряжались пальчиковые батарейки.
В таком виде, в силу маломощности, перспектив я не увидел

Были приобретены модули Пельтье американские от Thermal Enterprises ( вот такие: Model CP1-12730
62mm x 62mm x 3.8mm
Maxiumu power consumption 545 Watts
Operates from 0-16 volts DC and 0-32 amps
Operates from -60 deg C to +180 deg C
Each device is fully inspected and tested
Fitted with 6-inch insulated leads
Perimeter sealed for moisture protection)
Блок из 4 шт этих Гигантиков, соединённых последовательно. Общая тепловая мощность 2180Вт. Радиатор снизу и сверху алюминий+ вентилятор большой.
Подключены были первый год к большому контроллеру (на фото), во второй год — к малому (на фото 30А), все подключения шли через ваттметры (на фото), люблю я их, удобно. Вот мощность с них и снимал — правый нижний угол — мощность на данный момент, левый нижний общая выработка.
0ватт — когда печь холодная, потом постепенное увеличение до прим 30ватт (максимум, что наблюдал, без записи это 37ватт), потом остывание и опять 0 ватт.

Термоэлектрический генератор(ТЭГ) на модулях Пельтье Автономность, Рукожоп, Замкадье, Длиннопост

Все что выше — это цитаты с Форумхауса 2011-2014 годов.
Теперь о том, что есть сейчас. И о опыте.
Маленький и маломощный ТЭГ на одном элементе Пельтье сгорел на второй год. Не предназначены они все таки для печки. А вот большой блок из мерканцев вполне живой

Термоэлектрический генератор(ТЭГ) на модулях Пельтье Автономность, Рукожоп, Замкадье, Длиннопост

Хотя года два я его и не доставал. Расчехлил его только в декабре 19-го. Солнца было мало и в качестве малой поддержки покатил.
Итак конструкция: четыре элемента, последовательно соединённых, между двумя ал.радиаторами. Нижний радиатор для того, чтобы немного снизить температуру чугунины, а верхний, чтобы рассеять побыстрей максимум. Сверху ручка. Снял-поставил обратно. Провода на автомат

Термоэлектрический генератор(ТЭГ) на модулях Пельтье Автономность, Рукожоп, Замкадье, Длиннопост

А с него, через DC-DC преобразователь, на аккумуляторы.
В первые года крепилась еще стойка с вентилятором для обдува радиатора, но потом выкинул ее. Не нужна. Проще передвинуть по чугунине печки куда нибудь на край. Там где похолодней.
Этой зимой топлюсь осиной и липой в основном, а от них жара мало. И чугунина особо и не разогревается. Почти нужные 180 градусов и есть.
Теперь по выработке. Жить на такой выработке невозможно. Только в качестве хобби или для малой подзарядки аккумуляторов.
Реальный КПД на производство энергии с них, при дельте в 60градусов — 2,4%. То есть от 2 с лишним штатных киловатт остается 52 ватт в час.
У меня при средней топке в 2.5-3 часа, идет выработка энергии до 5 часов(вместе с остыванием). И суточная выработка от 140 до 190 ватт. В месяц около 5квт.
Последние года я забросил эту игрушку, потому как и ветряк и солнечные батареи даже зимой дают на порядок больше, но в этом году как-то звезды неудачно сошлись. И контроллер ветряка полетел. Пришлось две недели новый ждать. И солнца до нового года почти не было. Поэтому и вытащил с антресоли этот агрегат.
Но на 21 января он опять закинут на антресоль.

PS стоили 8 лет назад такие штатовские элементы на ебэе 25$. Сейчас таких не видел, только гонконгские.

PPS есть у меня почти со школьных лет приятель Витя. Человек очень сложной судьбы. Сейчас он вроде как бомж. И живет в основном рядом или под или над тепломагистралями. Вот ему я подарил пять лет назад такую установку. Бочины трубы больше 100 градусов, и 24 часа в сутки. Теперь Он с нотебуком не расстается. И лампочка светит постоянно.

Дубликаты не найдены

приятель витя пикабушник по-любому..))

ахаха модер скорее)

Все это полная хуйня, уж извини афтар. В свое время рассчитывал, но учитывая КПД пельтьешек на генерацию даже на стадии расчета получается полная хуйня.

Ну во первых не ватт — а ватт/ч. 5 квт/ч стоят для сельской местности рубля 3 за штуку — и того за ГОД — 12*5*3 = 225р — на такую сумму можно нагенерить за целый год, это же почти 4$. Круто, учитывая что один элемент стоит 25$ — можно за 6 лет отбить, если не сгорит.

Во вторых — он скорее всего сгорит, так как надо во первых его не перегреть, а во вторых стремится максимально нагреть — как контролить нагрев, нууу я ваще хз. А насколько помню — паяны они низкотемпеатурным припоем. Нагревать нужно по максимуму — нужна дельта как можно больше с холодной стороной, которую нужно снабжать гигааантским радиатором если в него реально запулить 2квт ))) С радиаторм и некоторой системой контроля нагрева вся эта шарабайка не отобъется и за 50 лет.

ПыСы: у мну была идея для походного генератора от костра, при чем была мысля делать что-то типа котла с кипящей водой, что не давало бы элементам перегреться.

Читайте также:  Какое сечение определяется по току

Вот что за привычка, с первых слов матюгаться, как малолетка. Зачем оно здесь?

Во-первых если быть точным, то никаких ватт/ч или квт/ч тем более не существует. Вы ошиблись. Если писать точно, то только ватт*ч и квт*ч. На профильном ресурсе так бы и написал, но Пикабу ресурс в основном развлекательный и упрощённый. Поэтому, чтобы не заморачивать читателям голову и написал, как было.

Во-вторых, если вы читали заметку, то должны были заметить, что вопрос окупаемости и подключения к центральным сетям не стоит, так как центрального электричества нет совсем. Дом стоит в полной автономии от МОЭСК.

В-третьих, не сгорел за восемь лет. Это уже не теория.

В-четвёртых, дельта по максимуму, как раз вредна. Делал я к нему водяное охлаждение, и обдув, и много чего ещё, восемь лет назад, но всё смысла нет. Идеальная дельта, как я написал в заметке 60 градусов. Будет больше — выработка резко снижается.

В-пятых, это и не делалось, как выше было сказано, с оглядкой на окупаемость.

Хыхы. Смешная поебень. Ради трех ватт полночи подкидывать щепки?

Тут главная идея, что она сама себя запитывает.

Щепочница — это такая очень полезная хрень в легкоходном или современном туризме. Сейчас в «развитом мире» есть концепция туризма «leave no trace» — то есть турист в природе не должен оставлять после себя следов. Речь не только о мусоре, но и о костровищах и заготовке дров. Крайний вариант — это носить с собой газ в баллонах. В целом вариант ОК, кроме разве что самых длительных походов.

Но приготовить пожрать можно буквально на щепках, сырых палочках и кусках коры, которые устилают землю в лесу. Единственное НО — нормально они горят только если их непрерывно раздувать вентилятором. Есть щепочницы с поддувом на батарейках, а эта как бы еще может сама свои батарейки от тепла огня заряжать. Но какая у нее реально эффективность — я, конечно, не проверял.

Как человек, который много лет летом жил в лесу на озере скажу — это все полная хуйня. Ключевое слово — полная, а не хуйня, как вы могли подумать. Могу детально обосновать.

Это просто принципиально разные вещи: жить летом в лесу на озере и ходить в легкоходные походы.

Легкоходу нудно вскипятить 400 мл воды чтобы залить пакет с сублиматом, заварить кружку чая и идти дальше.

Когда живешь в лесу на озере, тебе нужен костер, чтобы долго варить на нем уху, сидеть долгими вечерами, глядя на огонь, или сушить около огня отсыревшие вещи.

Хотя от легкоходов я тоже слышал, что этот BioLight — непрактичная штука, слишком тяжелая. Газ/жидкое топливо легче с собой носить, и возни меньше.

Я сын туриста, имеющего статус чемпиона СССР по туризму, сам будучи завхозом в пеших походах на озера не понимаю такого понятия как легкоход. Если это прогулка на день — то смысла нет тащить это — проще взять сухпаек и питье (например в термосе). Если это поход с ночевками — то варить на этой штуке персонально полная хуйня, проще, эффективней и быстрей развести средний костер и варить на всех.

На кемпинговые выезды — ты сам понимаешь нахер не надо. В серьезную автономку тащат очень много — там лишний необоснованный килограмм нахер не нужен.

Эта поебота предполагает топиться мелкими дровами — это геморрой, хотя бы потому что они горят быстро и неэффективно. Еще хрень конструкции заключается в подкидывании дров сверху.

Легкоходы еду не варят, они заливают сублиматы кипятком.

Я очень хорошо вас понимаю — как раз тем, кто учился на «старой советской школе» очень сложно понять новый стиль похода, который принципиально отличается от классического.

Так в том-то и фишка, что берут щепочницу вместо «нормального костра» — то есть ни больших канов, ни топора, ни пилы брать не надо. То есть их берут ради экономии веса.

Вот тут Чайкин все подробно распедаливает про щепочницы: все достоинства и недостатки (можно смотреть на двойной скорости):

Хм. Посмотрел бы я на тебя когда неделю дождь идет как ты ее топить будешь.

Это чисто парой человек на выезде кофеек кипятнуть.

Кстати, те, что с турбоподдувом — в них реально прямо мокрые веточки после недели дождя можно кидать (воду только обтряхнуть) — и они горят.

Так я про что и говорю. Легкоходы редко когда группой больше двух человек ходят, и они только воду кипятят сублиматы заварить. Реально, на двоих им спокойно хватает одного котелка 0.9 литра. И его легко можно вскипятить за несколько минут на щепочнице. Не разводя костра, не собирая дров, а просто подняв с земли древесный мусор и шишки. И которая весит 200 грамм и почти не занимает места в рюкзаке (турбонаддув, конечно, добавит веса + батарейки).

Легкоходство — это совершенно другой стиль и философия туризма, непривычный еще для нас.

от не знал что мокрые ветки от вентилятора загораются

мммм вот я бы с баааальшим удовольствием посмотрел, как ты при снеговом покрове в полметра будешь шишки собирать и хворост .

И ты забавно меняешь вводные на ходу, как в том анекдоте: «товарищ генерал, а я что — один за наших воюю?». То был недельный дождь, то снеговой покров в полметра 🙂

Разумеется, щепочница годится не всегда и не везде. Она не годится там, где нужен долгий жаркий костер. Она не годится там, где вообще нет топлива (скажем, на камнях). Она не подходит для группы в 15 человек. Она плоховато подходит для зимнего похода (хотя даже при полуметровом снежном покрове в еловом лесу можно протянуть руку и наломать руками нижних сухих веток у елок, которые превосходно горят в щепочнице).

Но с щепочницей прекрасно можно ходить маленькой группой (пара человек) в нормальные автономки на пару недель, существенно экономя при этом на весе. И это не диванная теория, это реальная практика — послушайте того же Чайкина.

Да, это странно и непривычно. Но новое — не всегда плохое и негодное, даже если оно непривычное. А то бы мы так и ходили до сих пор в берцах, с брезентовыми «ермаками» на алюминиевой станине, и подстилали бы под ватный спальник еловый лапник.

Похоже у автора холодная сторона не совсем холодная. А если холодную сторону до уличной остудить, пельте не полетит? Ну типа +50 — (-20) = 70градусов к примеру

Не полетит — у него паспортный КПД не выше 20% (могу пиздеть, пишу по памяти).

Но паспортный это в идеальных условиях, что вряд ли получится сделать без сложных заморочек. Теперь на пальцах — афтар пишет про модель 540вт — вычитаем 20% КПД которое пойдет на эл-во, остается 430вт которые нужно рассеять с холодной стороны, причем рассеять быстро. Если использовать пассивный конвекционый радиатор (чтобы энергию на вентилятор не тратить), то (опять же если не путаю) рекомендуется МИНИМУМ 10-15см2 площади ребер на 1вт для охлада. 430*10=4300см2=0.43м2 те минимальный радиатор нужен с площадью поверхности под полметра квадратного минимум, а лучше метр. Если кулер будет пассивный — то это нехилая такая вещь, раз в пять больше самого большого компутерного.

ПыСы: как холодную сторону охлаждать на улице если печь в доме — я хз, не двух метровую же тепловую трубу делать.

в далеком будущем когда сделают ткань с таким эффектом то одевшись в одежду из неё можно будет собирать с тела человека энергию, охлаждать в жару и обогревать в холод

вот есть аэрогель материал с очень малой теплопроводимостью, вот бы его внутрь Пелтешки чтоб он не давал одной стороне так сильно нагреваться от другой

а сейчас это баловство не больше

ГыГы. Как он не даст ей сильно нагреваться, он вообще потом тепла перекроет и все.

Читать невозможно! Автор, купи букварь!

Нет, это не Криотермовские модули. Для каждого модуля паспорт с датой и место производства. Мои то ли Калифорния, то ли Коннектикут ( CA or CO). Во всяком случае в 2011 было так.

что мешает купить еще пару модулей или всю печь ими облепить? если она постоянно топится.

Ага, и трястись как бы не сунуть лишнее полено.

Во, блин! Это с печи можно ещё и электричество вырабаттывать? Круто!

А я думал элементы Петлье только в системах охлаждения используются.

У меня же печка до красна раскаляется когда угля засыпаю. Надо тоже собрать такую штуковину!

Может и есть такие, что «до красна» держат, но я про них не слышал. Максимум градусов 200. Потом разваливаются.

Там низко температурный припой, плюс полупроводник — 180С афтар выше пишет, все сходится.

Что за говняный монтаж на последней фотке?

какой есть, извините.

kostya75

Автономная солнечная система в Подмосковье

Автономная солнечная система в Подмосковье Автономность, Солнечные Панели, Замкадье, Длиннопост

Здравствуйте. Буквально вчера поднимал эту тему: Солнышко на новый год и на удивление появилось много вопросов и просьб разъяснить особенности: #comment_157927435. Многое ответил в комментариях. Здесь просто объединяю и дополняю.
Солнечная система состоит из двух независимых блоков. Первый из 15 панелей по 100ватт. Второй из ветряка на 400 ватт и панелей на 280 ватт. Отдельно в доме, в качестве аварийной палочки-выручалочки на темные дни, расположена сборка ТЭГ термогенератор на элементах Пельтье. Весь декабрь очень выручает. Про ветряк я на пикабу уже писал год назад: Про ветряк в развитие сюжета.
Управляются блоки также порознь двумя MPPT контроллерами. Один тайваньский MPP Solar на 60А, другой американский OutBack 80A: https://shop.solarhome.ru/outback-flexmax-80-kontroller-zary. . Инверторов на 220 тоже два. От немецкой Солартроникс на 1 и 2 квт. Проводок параллельных тоже две: на 12/24 и на 220 вольт. Вот такой я извращенец.
Система собиралась с 2010 года по 2015-й. Последние 4.5 года ничего не менялось.
Аккумуляторы Leoch 12/100 8 штук свинец. Работают кстати уже с 2013 года, не нарадуюсь. Аккумуляторы Deka 12/100 4 штуки тоже свинец. Похуже.
Лампы освещения везде светодиодные на 12 вольт, чаще самопайки-самоделки, реже покупные.
Телевизор и ноутбуки с зарядками подключены в низковольтовую сеть через прикуриватели.
На инверторной сети 220 вольт живет только холодильник А+ и насосы колодезные и в доме.
За 10 лет автономной жизни поменял много разных элементов системы. Могу многое сказать про аккумуляторы Delta- г.вно, заливка Пентэласт- г.вно, китайские аналоги немецких контроллеров- г.вно. Литиевые батареи неразумно. Много было выкинуто денег псу под хвост, но это в прошлом.
Цена всех компонентов в современных условиях примерно 250-300 тысяч плюс работа.
В условиях Подмосковья такая конфигурация даёт избыток энергии с февраля по октябрь включительно. Для любых нужд. Проблемы возникают с ноября по январь. Самые проблемы с 20 ноября по 20 января. Это усредненно за десять лет.
Летом же ветряк чаще стоит отключенным, также изредка включаю панели. Электричества больше, чем я могу съесть.
Мои потребности в электричестве зимой ужимаются до 60 квтч в месяц. Летом трачу 250-300 квтч. Если вести активно стройку, то до 1000 квтч в месяц. Система это позволяет. Свет, ноутбук, насосы, вентиляция, телевизор, зарядки, холодильник работают штатно всегда.

Читайте также:  Реле максимального тока цифровое

PS Если вы привыкли к электропечке/духовке, электрочайнику, микроволновке, утюгу, мощному холодильнику. Т.е. к любому мощному потребителю более 1.5 квт, то эта система не потянет ваши потребности. Только летом. Если же вы сможете без этого обходиться, то система может работать круглый год.

PPS Сделал такую систему не потому, что выпендрежник или денег некуда девать, а потому, что СНТ отключает свет на полгода, а МОЭСК не вмешивается. Судиться не прельщает. Тянуть собственную линию за 1.5 км и ставить свой трансформатор намного дороже. Слушать тарахтящий генератор на природе не хочется. Поэтому и получилось, что получилось.

PPPS Вроде приняли закон о микрогенерации и отдаче в сеть. Весной поинтересуюсь, посчитаю и может быть займусь этим.

Источник



Что такое элемент Пельтье, его устройство, принцип работы и практическое применение

Холодильное оборудование настолько прочно вошло в нашу жизнь, что даже трудно представить, как можно было без него обходиться. Но классические конструкции на хладагентах не подходят для мобильного использования, например, в качестве походной сумки-холодильника.

Сумка-холодильник на элементах Пельтье, нет компрессора, не нуждается во фреоне или других хладагентах

Сумка-холодильник на элементах Пельтье, нет компрессора, не нуждается во фреоне или других хладагентах

Для этой цели используются установки, в которых принцип работы построен на эффекте Пельтье. Кратко расскажем об этом явлении.

Что это такое?

Под данным термином подразумевают термоэлектрическое явление, открытое в 1834 году французским естествоиспытателем Жаном-Шарлем Пельтье. Суть эффекта заключается в выделении или поглощении тепла в зоне, где контактируют разнородные проводники, по которым проходит электрический ток.

В соответствии с классической теорией существует следующее объяснение явления: электрический ток переносит между металлами электроны, которые могут ускорять или замедлять свое движение, в зависимости от контактной разности потенциалов в проводниках, сделанных из различных материалов. Соответственно, при увеличении кинетической энергии, происходит ее превращение в тепловую.

На втором проводнике наблюдается обратный процесс, требующий пополнения энергии, в соответствии с фундаментальным законом физики. Это происходит за счет теплового колебания, что вызывает охлаждение металла, из которого изготовлен второй проводник.

Современные технологии позволяют изготовить полупроводниковые элементы-модули с максимальным термоэлектрическим эффектом. Имеет смысл кратко рассказать об их конструкции.

Устройство и принцип работы

Современные модули представляет собой конструкцию, состоящую из двух пластин-изоляторов (как правило, керамических), с расположенными между ними последовательно соединенными термопарами. С упрощенной схемой такого элемента можно ознакомиться на представленном ниже рисунке.

Устройство модульного элемента Пельтье

Устройство модульного элемента Пельтье

Обозначения:

  • А – контакты для подключения к источнику питания;
  • B – горячая поверхность элемента;
  • С – холодная сторона;
  • D – медные проводники;
  • E – полупроводник на основе р-перехода;
  • F – полупроводник n-типа.

Конструкция выполнена таким образом, что каждая из сторон модуля контактирует либо p-n, либо n-p переходами (в зависимости от полярности). Контакты p-n нагреваются, n-p – охлаждаются (см. рис.3). Соответственно, возникает разность температур (DT) на сторонах элемента. Для наблюдателя этот эффект будет выглядеть, как перенос тепловой энергии между сторонами модуля. Примечательно, что изменение полярности питания приводит к смене горячей и холодной поверхности.

А – горячая сторона термоэлемента, В – холодная

Рис. 3. А – горячая сторона термоэлемента, В – холодная

Технические характеристики

Характеристики термоэлектрических модулей описываются следующими параметрами:

  • холодопроизводительностью (Qmax), эта характеристика определяется на основе максимально допустимого тока и разности температуры между сторонами модуля, измеряется в Ваттах;
  • максимальным температурным перепадом между сторонами элемента (DTmax), параметр приводится для идеальных условий, единица измерения — градусы;
  • допустимая сила тока, необходимая для обеспечения максимального температурного перепада – Imax;
  • максимальным напряжением Umax, необходимым для тока Imax, чтобы достигнуть пиковой разницы DTmax;
  • внутренним сопротивлением модуля – Resistance, указывается в Омах;
  • коэффициентом эффективности – СОР (аббревиатура от английского — coefficient of performance), по сути это КПД устройства, показывающее отношение охлаждающей к потребляемой мощности. У недорогих элементов этот параметр находится в пределах 0,3-0,35, у более дорогих моделей приближается к 0,5.

Маркировка

Рассмотрим, как расшифровывается типовая маркировка модулей на примере рисунка 4.

Модуль Пельтье с маркировкой ТЕС1-12706

Рис 4. Модуль Пельтье с маркировкой ТЕС1-12706

Маркировка разбивается на три значащих группы:

  1. Обозначение элемента. Две первые литеры всегда неизменны (ТЕ), говорят о том, что это термоэлемент. Следующая указывает размер, могут быть литеры «С» (стандартный) и «S» (малый). Последняя цифра указывает, сколько слоев (каскадов) в элементе.
  2. Количество термопар в модуле, изображенном на фото их 127.
  3. Величина номинального тока в Амперах, у нас – 6 А.

Таким же образом читается маркировка и других моделей серии ТЕС1, например: 12703, 12705, 12710 и т.д.

Применение

Несмотря на довольно низкий КПД, термоэлектрические элементы нашли широкое применение в измерительной, вычислительной, а также бытовой технике. Модули являются важным рабочим элементом следующих устройств:

  • мобильных холодильных установок;
  • небольших генераторов для выработки электричества;
  • систем охлаждения в персональных компьютерах;
  • кулеры для охлаждения и нагрева воды;
  • осушители воздуха и т.д.

Приведем детальные примеры использования термоэлектрических модулей.

Холодильник на элементах Пельтье

Термоэлектрические холодильные установки значительно уступают по производительности компрессорным и абсорбционным аналогам. Но они имеют весомые достоинства, что делает целесообразным их использование при определенных условиях. К таким преимуществам можно отнести:

  • простота конструкции;
  • устойчивость к вибрации;
  • отсутствие движущихся элементов (за исключением вентилятора, обдувающего радиатор);
  • низкий уровень шума;
  • небольшие габариты;
  • возможность работы в любом положении;
  • длительный срок службы;
  • небольшое потребление энергии.

Такие характеристики идеально подходят для мобильных установок.

Термоэлектрический автохолодильник установленный в салоне автомобиля

Термоэлектрический автохолодильник установленный в салоне автомобиля

Элемент Пельтье как генератор электроэнергии

Термоэлектрические модули могут работать в качестве генераторов электроэнергии, если одну из их сторон подвергнуть принудительному нагреву. Чем больше разница температур между сторонами, тем выше сила тока, вырабатываемая источником. К сожалению, максимальная температура для термогенератора ограничена, она не может быть выше точки плавления припоя, используемого в модуле. Нарушение этого условия приведет к выходу элемента из строя.

Для серийного производства термогенераторов используют специальные модули с тугоплавким припоем, их можно нагревать до температуры 300°С. В обычных элементах, например, ТЕС1 12715, ограничение – 150 градусов.

Поскольку КПД таких устройств невысокий, их применяют только в тех случаях, когда нет возможности использовать более эффективный источник электрической энергии. Тем не менее, термогенераторы на 5-10 Вт пользуются спросом у туристов, геологов и жителей отдаленных районов. Большие и мощные стационарные установки, работающие от высокотемпературного топлива, используют для питания приборов газораспределительных узлов, аппаратуры метеорологических станций и т.д.

Термоэлектрический генератор B25-12 (М) на 12 вольт, мощностью 25 ватт

Термоэлектрический генератор B25-12 (М) на 12 вольт, мощностью 25 ватт

Для охлаждения процессора

Относительно недавно данные модули стали использовать в системах охлаждения CPU персональных компьютеров. Учитывая низкую эффективность термоэлементов, польза от таких конструкций довольно сомнительна. Например, чтобы охладить источник тепла мощностью 100-170 Вт (соответствует большинству современных моделей CPU), потребуется потратить 400-680 Вт, что требует установки мощного блока питания.

Второй подводный камень – незагруженный процессор будет меньше выделять тепловой энергии, и модуль может охладить его меньше точки росы. В результате начнет образовываться конденсат, что, гарантировано, выведет электронику из строя.

Тем, кто решиться создать такую систему самостоятельно, потребуется провести серию расчетов по подбору мощности модуля под определенную модель процессора.

Исходя из выше сказанного, использовать данные модули в качестве системы охлаждения CPU не рентабельно, помимо этого они могут стать причиной выхода компьютерной техники из строя.

Совсем иначе обстоит дело с гибридными устройствами, где термомодули используются совместно с водяным или воздушным охлаждением.

Термоэлектрический кулер Армада

Термоэлектрический кулер Армада

Гибридные системы охлаждения доказали свою эффективность, но высокая стоимость ограничивает круг их почитателей.

Кондиционер на элементах Пельтье

Теоретически такое устройство конструктивно будет значительно проще классических систем климат-контроля, но все упирается в низкую производительность. Одно дело — охладить небольшой объем холодильной камеры, другое — помещение или салон автомобиля. Кондиционеры на термоэлектрических модулях будут больше (в 3-4 раза) потреблять электроэнергии, чем оборудование, работающее на хладагенте.

Что касается использования в качестве автомобильной системы климат-контроля, то для работы такого устройства мощности штатного генератора будет недостаточно. Замена его на более производительное оборудование приведет к существенному расходу топлива, что не рентабельно.

В тематических форумах периодически возникают дискуссии на эту тему и рассматриваются различные самодельные конструкции, но полноценного рабочего прототипа пока не создано (не считая кондиционера для хомячка). Вполне возможно, ситуация измениться, когда появятся в широком доступе модули с более приемлемым КПД.

Для охлаждения воды

Термоэлектрический элемент часто используют как охладитель для кулеров воды. Конструкция включает в себя: охлаждающий модуль, контролер, управляемый термостатом и обогреватель. Такая реализация значительно проще и дешевле компрессорной схемы, помимо этого, она надежней и проще в эксплуатации. Но есть и определенные недостатки:

Настольный кулер для воды

  • вода не охлаждается ниже 10-12°С;
  • на охлаждение требуется дольше времени, чем компрессорному аналогу, следовательно, такой кулер не подойдет для офиса с большим количеством работников;
  • устройство чувствительно к внешней температуре, в теплом помещении вода не будет охлаждаться до минимальной температуры;
  • не рекомендуется установка в запыленных комнатах, поскольку может забиться вентилятор и охлаждающий модуль выйдет из строя.

Настольный кулер для воды с использованием элемента Пельтье

Осушитель воздуха на элементах Пельтье

В отличие от кондиционера, реализация осушителя воздуха на термоэлектрических элементах вполне возможна. Конструкция получается довольно простой и недорогой. Охлаждающий модуль понижает температуру радиатора ниже точки росы, в результате на нем оседает влага, содержащаяся в воздухе, проходящем через устройство. Осевшая вода отводится в специальный накопитель.

Простой и недорогой китайский осушитель воздуха на элементах Пельтье

Простой и недорогой китайский осушитель воздуха на элементах Пельтье

Несмотря на низкий КПД, в данном случае эффективность устройства вполне удовлетворительная.

Как подключить?

С подключением модуля проблем не возникнет, на провода выходов необходимо подать постоянное напряжение, его величина указанна в даташит элемента. Красный провод необходимо подключить к плюсу, черный — к минусу. Внимание! Смена полярности меняет местами охлаждаемую и нагреваемую поверхности.

Как проверить элемент Пельтье на работоспособность?

Самый простой и надежный способ – тактильный. Необходимо подключить модуль к соответствующему источнику напряжения и дотронуться до его разных сторон. У работоспособного элемента одна из них будет теплее, другая – холоднее.

Если подходящего источника под рукой нет, потребуется мультиметр и зажигалка. Процесс проверки довольно прост:

  1. подключаем щупы к выводам модуля;
  2. подносим зажженную зажигалку к одной из сторон;
  3. наблюдаем за показаниями прибора.

В рабочем модуле при нагреве одной из сторон генерируется электрический ток, что отобразится на табло прибора.

Как сделать элемент Пельтье своими руками?

Сделать самодельный модуль в домашних условиях практически невозможно, тем более в этом нет смысла, учитывая их относительно невысокую стоимость (порядка $4-$10). Но можно собрать устройство, которое будет полезным в походе, например, термоэлектрический генератор.

Схема подключения самодельного термогенератора

Схема подключения самодельного термогенератора

Для стабилизации напряжения необходимо собрать простой преобразователь на микросхеме ИМС L6920.

Принципиальная схема преобразователя напряжения

Принципиальная схема преобразователя напряжения

На вход такого преобразователя подается напряжение в диапазоне 0,8-5,5 В, на выходе он будет выдавать стабильные 5 В, что вполне достаточно для подзарядки большинства мобильных устройств. Если используется обычный элемент Пельтье, необходимо ограничить рабочий диапазон температуры нагреваемой стороны 150 °С. Чтобы не утруждать себя отслеживанием, в качестве источника тепла лучше использовать котелок с кипящей водой. В этом случае элемент гарантировано не нагреется выше температуры 100 °С.

Источник