Столь сложные процессы, которые протекают в ТЭГ, никак не останавливают местных «кулибиных» в стремлении присоединится к мировому научно-техническому процессу по созданию ТЭГ. Использование самодельных ТЭГ применяется уже давно. Во время Великой Отечественной войны партизаны делали универсальный термоэлектрогенератор. Он вырабатывал электрический ток для зарядки рации.
С появлением на рынке элементов Пельтье по доступными для бытового потребителя ценам возможно сделать ТЭГ самому, выполнив следующие шаги.
Работает такой прибор бесшумно, и имеет небольшой вес. Термоэлектрический генератор ic2 в зависимости от размера, может подключить зарядку мобильного телефона, включить небольшой радиоприемник и светодиодное освещение.
В настоящее время многие известные мировые производители начали выпуск различных доступных гаджетов с применением ТЭГ для автолюбителей и путешественников.
Термоэлектрический генератор – это устройство, позволяющее вырабатывать электрическую энергию из тепла. Это прекрасный паровой источник электроэнергии, правда, с небольшим КПД.
По сути, термоэлектричество – это прямое преобразование тепла в электричество в жидких или твердых проводниках, а затем обратный процесс нагревания и охлаждения контакта различных проводников с помощью электрического тока.
Устройство теплогенератора:
К сожалению, теплоэлектрогенератор не всегда бывает в состоянии работать с большими мощностями, поэтому используется в основном в быту, а не на производстве.
Достоинства термоэлектрогенераторов:
Для термоэлектрогенераторов используются полупроводниковые термоэлектрические материалы, обеспечивающие наиболее высокий коэффициент преобразования тепла в электричество. Список веществ, имеющих термоэлектрические свойства, достаточно велик (тысячи сплавов и соединений), но лишь немногие из них могут использоваться для преобразования тепловой энергии. Современная наука постоянно изыскивает новые и новые полупроводниковые композиции и прогресс в этой области обеспечивается не столько теорией, сколько практикой, ввиду сложности физических процессов, происходящих в термоэлектрических материалах. Определённо можно сказать, что на сегодняшний день не существует термоэлектрического материала, в полной мере удовлетворяющего промышленность своими свойствами, и главным инструментом в создании такого материала является эксперимент. Важнейшими свойствами полупроводникового материала для термоэлектрогенераторов являются:
Данное устройство имеет сложный механизм работы, но его собирали уже несколько сотен раз, так что можете быть уверены, у вас все получится. Мы поговорим о том, какие запчасти нужны для сборки самодельного термоэлектрического генератора, так вы поймете, почему он работает. Устройство Пельтье состоит из последовательно соединенных термопар, находятся они между керамических пластин. Примерно вот так это все выглядит на картинке. Узнайте, как сделать маленький вентилятор от USB.
Когда через цепь проходит электрический ток образуется эффект Пельтье, одна сторона модуля нагревается, другая просто охлаждается. Соответственно, если одну сторону сильней нагреть может получить большую силу тока и напряжение.
Производить электрогенераторы на дровах стали совсем недавно, поэтому цены на них довольно высокие. Это подстегивает умельцев делать такие приспособления самостоятельно. Основа генератора – элемент Петелье, то есть термоэлектрический преобразователь, который можно купить. Если вам нужна небольшая щепочница, то подойдет элемент Петелье, извлеченный из старого компьютера.
Понадобится стабилизатор напряжения, модуль с выходом USB, корпус, кулер для охлаждения.
Репортаж про один из вариантов данного устройства
[su_youtube url=»https://www.youtube.com/embed/-bCVMh5iXAQ?feature=oembed»]
Обычный элемент Пельтье – это пластина, собранная из деталей различного металла, с разъемами для подключения в сеть. Такая пластинка пропускает через себя ток, нагреваясь с одной стороны (например, до 380 градусов) и работая от холода с другой.
Такой термогенератор имеет обратный принцип:
Этот генераторный элемент имеет свои плюсы:
Такие печки-самоделки стали набирать популярность среди любителей заночевать в лесу у костра, пользуясь дарами земли и которые не прочь получить электричество на халяву.
Модуль Пельтье также используется для охлаждения плат компьютеров: элемент подключается к плате и как только температура становится выше допустимой, начинает охлаждать схемы. С одной стороны в прибор входит холодное воздушное пространство, с другой – горячее. Популярностью пользуется модель 50X50X4mm (270w). Такое устройство можно купить в магазине или сделать самому.
Чтобы изготовить элемент Пельтье в домашних условиях, нужно взять:
Схема изготовления такова: проводники припаиваются и размещаются между пластинами, после чего плотно фиксируются. При этом нужно помнить о проводах, которые потом будут крепиться к преобразователю тока.
Сфера использования такого элемента очень разнообразна. Так как одна из его сторон имеет свойство охлаждаться, с помощью этого приспособления можно сделать походный небольшой холодильник, или например, автокондиционер.
Но, как и любой прибор, этот термоэлемент имеет свои плюсы и минусы. К плюсам можно отнести:
Минусы:
Термоэлектрические генераторы, принцип работы которых основан на комплексном использовании эффекта трех ученых (Зеебека, Томсона, Пельтье), получили свое развитие почти через 150 лет после открытий, намного опередивших свое время.
Термоэлектрический эффект заключается в следующем явлении. Для охлаждения или генерации электричества используется «модуль» состоящий из электрически связанных пар. Каждая пара состоит из полупроводникового материала р (S> 0) и n (S
Если выбранные материалы обладают хорошими термоэлектрическими свойствами, этот тепловой поток, создаваемый движением носителей заряда, будет больше теплопроводности. Поэтому система передаст тепло от холодного источника к горячему и будет действовать как холодильник. В случае генерации электричества тепловой поток вызывает смещение носителей заряда и появление электрического тока. Чем больше разность температуры, тем больше электричества можно получить.
Купить дровяной электрогенератор можно в специализированных компаниях. Связаться с ними и получить исчерпывающую информацию удобно на сайтах этих компаний:
Предлагаем вашему вниманию несколько моделей таких печей-генераторов, предназначенных для бытовых нужд.
К примеру, печь BioLite CampStove способна работать на любом древесном топливе: веточки, щепки, шишки. Она выдает до 5 Вт мощности, оборудована USB. Чтобы вскипятить литр воды, достаточно совсем немного древесины, а займет это буквально 5 минут. Цена BioLite CampStove 9 600 рублей.
В комплект поставки входят
Конечно, 50 Вт – это немного, однако 2-3 светодиодных лампы для освещения, 10 дюймовый телевизор и зарядку для мобильного телефона такой электрогенератор «потянет».
Стоимость такой печки порядка 30 000 — 50 000 рублей в зависимости от комплектации и поставщика.
Компания Kibor представляет две модели электрогенераторов на дровах. Первая модель весит всего 22 килограмма, объем топки у нее 30 литров, выходная мощность – 25 Вт. Стоит такая печь 45 000 рублей.
Более мощная модель способна вырабатывать 60 Вт. Она больше по размерам, весит 59 килограммов, а объем топки у нее 60 литров. Цена – 60 000 рублей.
Не обязательно покупать целую печь с электрогенератором. Можно приобрести отдельно термоэлектрический генератор, который монтируется на горячие поверхности, и приспособить его к уже имеющейся печи. Такой агрегат стоит порядка 15 000 рублей.
При эксплуатации дровяного генератора образуются продукты горения, для удаления которых из помещения обязательно нужен дымоход.
Ожидается, что спрос на бытовое потребление ТЭГ вырастет на 14 %. Перспективы развития термоэлектрической генерации опубликовал Market Research Future, издав документ «Глобальный отчет по исследованию рынка термоэлектрических генераторов — прогноз до 2022 года» — анализ рынка, объем, доля, ход, тенденции и прогнозы. Доклад подтверждает перспективу ТЭГ в утилизации автомобильных отходов и системах совместного производства электроэнергии и тепла для бытовых и промышленных объектов.
Географически глобальный рынок термоэлектрических генераторов был разделен на Америку, Европу, Азиатско-Тихоокеанский регион, Индию и Африку. АТР считается самым быстрорастущим сегментом в области внедрения рынка ТЭГ.
Среди этих регионов Америка, по оценкам экспертов, является основным источником доходов на глобальном рынке ТЭГ. Ожидается, что увеличение спроса на экологически чистую энергию повысит спрос на него в Америке.
Европа также будет демонстрировать относительно быстрый рост в течение прогнозируемого периода. Индия и Китай будут наращивать потребление значительными темпами из-за увеличения спроса на транспортные средства, что приведет к росту рынка генераторов.
Компании по производству автомобилей такие, как Volkswagen, Ford, BMW и Volvo в сотрудничестве с NASA, уже приступили к разработке мини-ТЭГ для системы регенерации тепла и экономии топлива в автомобиле.
Элемент Пельтье (ЭП) — это термоэлектрический преобразователь, работающий с использованием одноименного эффекта Пельтье, одного из трех термоэлектрических эффектов (Зеебека и Томсона).
Француз Жан-Шарль Пельтье соединил провода меди и висмута друг с другом и подключил их к батарее, создав таким образом пару соединений двух разнородных металлов. Когда батарея включалась, один из переходов нагревался, а другой охлаждался.
Устройства, основанные на эффекте Пельтье, чрезвычайно надежны, поскольку они не имеют движущихся частей, не нуждаются в техническом обслуживании, не имеют выбросов вредных газов, компактны и имеют возможность двунаправленной работы (нагрев и охлаждение) в зависимости от направления тока.
К сожалению, они малоэффективны, имеют низкий КПД, выделяют довольно много тепла, что требует дополнительной вентиляции и увеличивает стоимость устройства. Такие устройства потребляют довольно много электроэнергии и могут вызвать перегрев или конденсацию. Элементы Пельтье с размерами более 60 мм x 60 мм практически не встречаются.
Внедрение передовых технологий в области производства термоэлектриков привело к удешевлению производства ЭП и расширению доступности рынка.
Сегодня ЭП широко применяется:
В последнее время широкое применение он получил и для бытовых целей:
Китай наладил производство элементов Пельтье модификаций TEC1-12705, TEC1-12706, TEC1-12715 стоимостью до 7 евро, которые могут обеспечить по схемам «тепло-холод» мощность до 200 Вт, сроком службы до 200 000 часов, работающих в температурной зоне от -30 до 138 градусов Цельсия.
Генератор на основе элемента Пельтье можно сделать своими руками и для этого не потребуется особых навыков. Но стоит понимать, что используемый китайскими разработчиками материал не обладает идеальными характеристиками, позволяющими получать максимум энергии. Доступных термоэлектрических модулей в продаже хватит для:
По этой теме можно найти массу видео с подробным описанием всех этапов. Поэтому если вы хотите сделать термоэлектрический модуль для получения энергии, то это вполне реально.
Первым делом необходимо заказать необходимое количество элементов Пельтье с учетом их характеристик. Устройство с мощностью 10 Вт на том же e — Bay стоит 15$. И этого вполне достаточно будет для зарядки смартфонов. Далее, необходимо обеспечить эффективное теплоотведение. Для этих целей можно сконструировать систему жидкостного охлаждения с естественной циркуляцией. А горячую сторону нагревать любым источником тепла, в том числе открытым огнем. В результате любой радиолюбитель может сделать сам великолепный термоэлектрический генератор, который можно взять с собой в поход, на рыбалку или дачу.
Один стандартный элемент-ячейка вырабатывает 5 В и 1 Вт мощности, чего вполне достаточно для небольшого освещения. Например, для изготовления фонарика с подогревом от тепла рук. В продаже имеются и готовые элементы с выходным напряжением до 12 В.
Сегодня можно найти массу способов, как сделать своими руками достаточно эффективный термоэлектрический генератор на основе элемента Пельтье. Как один из них – портативная печка с топкой из старого компьютерного блока питания. К одной из сторон корпуса прикрепляется сам термоэлектрический элемент Пельтье через термопасту с радиатором внушительных размеров. Такая установка позволит получить тепло в любом удобном месте, приготовить пищу и зарядить телефон.
| Типы термоэлектрогенераторов и основных составляющих генераторных узлов | 1965 год. | 1970 год. | 1975 год. | 1980 год. | Карно. |
|---|---|---|---|---|---|
| Солнечная энергия без концентрации | 0,8 | 0,85 | 0,9 | 0,92 | 0,96 |
| Солнечная энергия с концентрацией | 0,65 | 0,7 | 0,75 | 0,8 | 0,9 |
| Газовые горелки | 0,5 | 0,6 | 0,65 | 0,7 | 0,8 |
| Газовые топки | 0,75 | 0,8 | 0,85 | 0,9 | 0,92 |
| Изотопы | 0,8 | 0,85 | 0,9 | 0,95 | 1,00 |
| Атомные реакторы | 0,75 | 0,8 | 0,85 | 0,95 | 1,00 |
| Низкотемпературные термоэлектрические материалы | 0,06 | 0,08 | 0,1 | 0,12 | 0,5 |
| Среднетемпературные термоэлектрические материалы | 0,04 | 0,06 | 0,08 | 0,1 | 0,35 |
| Высокотемпературные термоэлектрические материалы | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,23 |
| Каскадные термоэлементы | 0,12 | 0,14 | 0,18 | 0,20 | 0,77 |
| Коммутация термоэлектрических батарей | 0,9 | 0,93 | 0,95 | 0,98 | 0,99 |
| Изоляция термоэлектрических батарей | 0,9 | 0,92 | 0,95 | 0,97 | 1,00 |
| Тепловой контакт | 0,9 | 0,93 | 0,95 | 0,97 | 0,99 |
| Теплоноситель | 0,9 | 0,92 | 0,93 | 0,94 | 0,98 |
| Охлаждающее оребрение наземное | 0,55 | 0,6 | |||
| Охлаждающее оребрение космическое | 0,8 | 0,85 | |||
| Солнечный космический термоэлектрогенератор без концентратора | 0,016 | 0,025 | 0,035 | 0,045 | 0,16 |
| Солнечный космический термоэлектрогенератор с концентратором | 0,017 | 0,029 | 0,043 | 0,061 | 0,25 |
| Солнечный наземный термоэлектрогенератор с концентратором | 0,029 | 0,044 | 0,088 | 0,145 | 0,59 |
| Газовый термоэлектрогенератор с оребрением | 0,013 | 0,023 | 0,030 | 0,043 | 0,20 |
| Газовый термоэлектрогенератор с теплоносителем | 0,02 | 0,035 | 0,073 | 0,175 | 0,57 |
| Радиоизотопный термоэлектрогенератор с оребрением | 0,021 | 0,032 | 0,049 | 0,12 | 0,36 |
| Радиоизотопный термоэлектрогенератор с теплоносителем | 0,032 | 0,075 | 0,129 | 0,24 | 0,71 |
| Реакторный космический термоэлектрогенератор | 0,016 | 0,023 | 0,044 | 0,113 | 0,36 |
| Реакторный наземный термоэлектрогенератор | 0,03 | 0,047 | 0,121 | 0,24 | 0,71 |
| Термоэлектрогенератор типа парового котла | 0,226 | 0,66 |
Примечание: Коэффициент Карно = 1 соответствует 100 %.
Из таблицы заметен существенный рост КПД, связанный прежде всего с тщательным совершенствованием технологий изготовления материалов, рациональным исполнением конструкций, развитием материаловедения в области термоэлектричества.
При необходимости измерения температуры одним из ключевых моментов является выбор типа используемых датчиков. Принимаемое решение должно максимально полно учитывать условия конкретной задачи.
Транспортировка электроэнергии от электростанции к потребителям является одной из важнейших задач энергетики. Электроэнергия поставляется преимущественно по воздушным линиям электропередачи (ЛЭП), которые состоят из кабельных линий и оборудования для преобразования энергии и согласования с нагрузкой. Эффективность и надежность передачи энергии определяется состоянием сетей электроснабжения. Мон…
Компания Rockwell Automation представляет новую версию современной распределенной системы управления (РСУ) PlantPAx, которая использует новые эффективные технологии для повышения производительности систем автоматизации и улучшения управления технологическими процессами.
Среди новых особенностей системы — более продуктивная среда разработки, увеличивающая производительность систем автоматизации и облегчающая внедрение эффективных технологий для повышения уровня взаимодействия с пользователем, а также расширенные возможности управления, помогающие достичь намеченных целей.
Чтобы обеспечить …
К особенностям элемента на основе биметаллических пар следует отнести:
Оценивается коэффициентом полезного действия. Мощность термоэлектрогенератора зависит от двух критических факторов:
Термин «эффективность термоэлектрических генераторов» аналогичен термину, применяемому в отношении всех других типов тепловых двигателей. Пока он очень низкий и составляет не более 17 % эффективности Карно. КПД генератора ТЭГ ограничен эффективностью Карно и на практике достигает лишь несколько процентов (2-6 %) даже при высоких температурах. Это происходит из-за низкой теплопроводности в полупроводниковых материалах, что не способствует эффективной выработке электроэнергии. Таким образом, нужны материалы с низкой теплопроводностью, но в то же время с максимально высокой электропроводностью.
Полупроводники лучше справляются с этой задачей, чем металлы, но пока еще очень далеки от тех показателей, которые вывели бы термоэлектрический генератор на уровень промышленного производства (хотя бы с 15 % использованием высокотемпературного тепла). Дальнейшее повышение эффективности ТЭГ зависит от свойств термоэлектрических материалов (термоэлектрики), поиском которых сегодня занят весь научный потенциал планеты.
Разработки новых термоэлектриков относительно сложные и затратные, однако в случае успеха они вызовут технологическую революцию в системах генерации.
Как у любого устройства, у электрогенератора на дровах есть свои преимущества и недостатки. Сравнив их, можно понять, насколько вам необходима такая печь и какую именно выбрать.
В основном дровяной электрогенератор позволяет подключить освещение в небольшом доме и обеспечить зарядку телефонов и других гаджетов.
Можно подключить радиоприемник или портативный телевизор. При необходимости можно с помощью инвертора получить и более высокое напряжение в сети, то есть привычные нам 220 вольт. Сегодня выпускаются разные модели дровяных генераторов: от компактных устройств весом до 1 килограмма, которые удобно брать с собой на природу, до автономных дровяных электростанций, вырабатывающих до 100 кВт, которые могут обеспечить электричеством небольшое производство.
Будьте внимательны при эксплуатации дровяных генераторов, ведь это устройства с «живым» огнем. Обязательно соблюдайте технику безопасности, особенно когда используете печи, созданные своими руками.
Радиоизотопные термоэлектрогенераторы применяются в качестве бортовых источников электропитания космических аппаратов, предназначенных для исследования удаленных от Солнца регионов Солнечной системы. В частности, такие генераторы, использующие тепло плутониевых тепловыделяющих элементов установлены на космических аппаратах «Кассини» и «Новые горизонты». В прошлом подобные устройства применялись и на Земле в навигационных маяках, радиомаяках, метеостанциях и подобном оборудовании, установленном в местности, где по техническим или экономическим причинам нет возможности воспользоваться другими источниками электропитания.
В последние годы термоэлектрические генераторы получили применение в автомобильной технике для рекуперации тепловой энергии, например для утилизации тепла элементов выхлопной системы.
Радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) представляет собой устройство использующее термопары для преобразования тепла, выделяемое при распаде радиоактивного материала, в электричество. Этот генератор не имеет движущихся частей. РИТЭГ использовался в качестве источника энергии на спутниках, космических аппаратах, удаленных объектах маяков, построенных СССР для Полярного круга.
РИТЭГы, как правило, являются наиболее предпочтительным источником энергии для устройств, которым требуется несколько сотен Ватт мощности. В топливных элементах, батареях или генераторах установленных в местах, где солнечные элементы являются неэффективными
Радиоизотопный термоэлектрический генератор требует соблюдения строгих мер осторожного обращения с радиоизотопами в течение долгого времени после окончания его срока службы
В России насчитывается порядка 1 000 РИТЭГов, которые использовались в основном для источников питания на средствах дальнего действия: маяках, радиомаяках и других специальных радиотехнических средствах. Первым космическим РИТЭГом на полонии-210 стал «Лимон-1» в 1962 году, затем «Орион-1» мощностью 20 Вт. Последняя модификация была установлена на спутниках «Стрела-1» и «Космос-84/90». «Луноходы»-1,2 и «Марс-96» использовали РИТЭГ в системах обогрева.
Генератор может питать несколько станций, однако, когда подключено более двух станций, мощность, генерируемая каждой из них, уменьшается, что означает, что генератор становится менее эффективным, и для завершения работы потребуется больше времени. Оптимальное количество станций, подключенных к одному генератору, — это две активные станции на генератор. В таблице ниже показан процент мощности, вырабатываемой на каждой станции, в зависимости от того, сколько из них питается от одного и того же генератора
Обратите внимание, что это относится только к станциям крафта, которые на самом деле создают или используют энергию. Если 5 станций подключены к одному и тому же генератору и только 2 в настоящее время обрабатывают, то мощность для каждого все равно будет равна 100%
Остальные 3 не будут иметь никакого эффекта, пока вы не включите их. Чтобы помочь выровнять мощность, можно подключить дополнительные генераторы.
Каменная печь — это единственная станция, которая не может питаться от генератора.
| Процент мощности, подаваемый на станцию | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Количество генераторов, подключенных к одной группе станций | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| Количество станций подключенных к генератору(ам) | 1 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 2 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 3 | 44 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 4 | 25 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 5 | 16 | 64 | 100 | 100 | 100 | |
| 6 | 11 | 44 | 100 | 100 | 100 | |
| 7 | 8 | 32 | 73 | 100 | 100 | |
| 8 | 6 | 25 | 56 | 100 | 100 | |
| 9 | 4 | 19 | 44 | 79 | 100 | |
| 10 | 4 | 16 | 36 | 64 | 100 | |
| 11 | 3 | 13 | 29 | 52 | 82 | |
| 12 | 2 | 11 | 25 | 44 | 69 | |
Примечания:
|
Максимальное время работы генератора: 12,000 минут (8 дней 8 часов).
| Выбранное топливо | |||
|---|---|---|---|
| Время | Макс. | Затраты | Материал |
| 2 д. 18 ч. 40 мин. | 3 | 240 | Плотный силовой камень |
| 1 д. 1 ч. | 8 | 160 | Силовой камень |
| 7 ч. 30 мин. | 26 | 208 | Железное дерево |
| 5 ч. | 40 | 200 | Уголь |
| 5 ч. | 40 | 80 | Крепкая деревянная доска |
| 2 ч. 30 мин. | 80 | 16 | Дерево |
Термоэлектрики состоят из специальных сплавов или полупроводниковых соединений. В последнее время для термоэлектрических свойств применяются электропроводящие полимеры.
Требования к термоэлектрикам:
В настоящее время продолжаются опыты по подбору оптимальных термопар, что позволит увеличить КПД ТЭГ. Термоэлектрический полупроводниковый материал представляет собой сплав теллурида и висмута. Он был специальным образом изготовлен, чтобы обеспечить отдельные блоки или элементы с различными характеристиками «N» и «P».
Термоэлектрические материалы чаще всего изготавливаются путем направленной кристаллизации из расплавленной или прессованной порошковой металлургии. Каждый способ изготовления имеет свое особое преимущество, но наиболее распространены материалы с направленным ростом. В дополнение к теллуриту висмута (Bi 2 Te 3) существуют другие термоэлектрические материалы, в том числе сплавы свинца и теллурита (PbTe), кремния и германия (SiGe), висмута и сурьмы (Bi-Sb), которые могут использоваться в конкретных случаях. Пока термопары висмута и теллурида лучше всего подходят для большинства ТЭГ.
При организации электропроводки и крепления кабелей все чаще применяются специальные средства, которые позволяют улучшить качество и…
В чём преимущества стальных сгонов и как они применяются Стальные сгоны — это один из…
Железобетонные изделия — это основа, на которой держатся современные здания и мосты, жилые кварталы и…
Модульные офисы продаж — это находка для компаний, которые ценят скорость и удобство. Компактные, мобильные…
Погрузочные рампы играют ключевую роль в бизнесе, связанном с логистикой, складами и транспортировкой товаров. Это…
Модульные здания с каждым годом привлекают все больше внимания благодаря своим преимуществам. Одним из главных…
This website uses cookies.