Термоэлектрический генератор своими руками: видео, фото, инструкция
- Статья
- Видео
Многих электриков интересует один очень популярный вопрос – как автономно и бесплатно получить небольшое количество электроэнергии. Очень часто, к примеру, при выезде на природу или походе катастрофически не хватает розетки для подзарядки телефона либо включения светильника. В этом случае Вам поможет самодельный термоэлектрический модуль, собранный на базе элемента Пельтье. С помощью такого устройства можно генерировать ток, напряжением до 5 Вольт, чего вполне хватит для зарядки девайса и подключения лампы в экстренной ситуации. Далее мы расскажем, как сделать термоэлектрический генератор своими руками, предоставив простой мастер-класс в картинках и с видео примерами!
- Кратко о принципе действия
- Мастер-класс по сборке
Кратко о принципе действия
Чтобы в дальнейшем Вы понимали, для чего нужны те или иные запчасти при сборке самодельного термоэлектрического генератора, сначала поговорим об устройстве элемента Пельтье и о том, как он работает.
Данный модуль состоит из последовательно соединенных полупроводников – pn переходов, находящихся между керамическими пластинами, как показано на картинке ниже.
Когда через такую цепь проходит электрический ток, происходит так называемый эффект Пельтье — одна сторона модуля нагревается, а вторая – охлаждается. Для чего это нам нужно? Все очень просто, данный эффект работает и в обратном направлении: если одну сторону пластины нагреть, а второю охладить, то можно получить электроэнергию небольшого напряжения и силы тока. Огромное преимущество данного метода в том, что можно использовать любой источник тепла, будь то костер, или горячая кружка с кипятком, остывающая плита и так далее. Для охлаждения можно применять воздух или для более мощных вариантов – обыкновенную воду, которая обязательно найдется даже в условиях похода. Далее переходим к мастер-классам, которые наглядно покажут из чего и как сделать термоэлектрический генератор своими руками.
Мастер-класс по сборке
У нас есть очень подробная и в то же время простая инструкция по сборке самодельного генератора электроэнергии на базе мини-печи и элемента Пельтье.
- Непосредственно сам элемент Пельтье с параметрами: максимальный ток 10 А, напряжение 15 Вольт, размеры 40*40*3,4 мм. Маркировка – TEC 1-12710.
- Старый нерабочий блок питания от компьютера (с него нужен только металлический корпус).
- Стабилизатор напряжения, со следующими техническими характеристиками: входное напряжение 1-5 Вольт, на выходе – 5 Вольт. В данной инструкции по сборке термоэлектрического генератора используется модуль с USB выходом, что упростит и сделает безопасным процесс подзарядки современного телефона либо планшета. Эту деталь можно приобрести в магазине радиокомпонентов или в интернете.
- Радиатор. Можно взять от процессора сразу с кулером (вентилятором), как показано на фото.
- Термопаста, продается в компьютерном магазине.
Подготовив все материалы, можно переходить к изготовлению устройства своими руками.
Итак, чтобы Вам было понятнее, как самому сделать генератор, предоставляем пошаговый мастер-класс с картинками и подробным объяснением:
- Разберите старый блок питания и оставьте только корпус. Он будет использоваться, как место розжига огня (так называемая печь). Будьте внимательны, даже на старых блоках питания в высоковольтной части на конденсаторах может остаться опасное для жизни напряжение. Поэтому перед работой оденьте диэлектрические перчатки, убедитесь в отсутствии потенциала на конденсаторе, для уверенности замкните его контакты, и будьте предельно осторожны во время разборки!
- На радиатор нанесите термопасту тонким, однородным слоем и прислоните элемент Пельтье. Устанавливать нужно маркировкой к радиатору, это будет холодная сторона. Если Вы перепутаете стороны местами, в дальнейшем нужно будет поменять полярность проводов, чтобы термоэлектрический генератор работал правильно и не испортил преобразователь. Вместо термопасты вы можете использовать специальный теплопроводный клей, это будет даже лучше: не придется дополнительно крепить радиатор к корпусу.
- К обратной стороне модуля прислоните корпус блока питания, как показано на фото ниже.
- Прикрепите радиатор к корпусу с помощью металлической проволоки.
- К выводам элемента припаяйте стабилизатор напряжения с выходом USB. Кстати, для этого можно сделать паяльник сделать своими руками.
- Аккуратно поместите 5-вольтовый преобразователь в радиаторе и переходите к испытаниям самодельного термоэлектрического генератора. Не забудьте заизолировать преобразователь с помощью изоленты.
Работает термоэлектрический генератор следующим образом: внутрь печи Вы засыпаете дрова, мелкие щепки, поджигаете их и ждете несколько минут, пока одна из сторон термоэлемента не нагреется. Параллельно можно вскипятить воду на решетке. Для подзарядки телефона нужно, чтобы разница между температурами разных сторон была около 100 оС. Если охлаждающая часть (радиатор) будет нагреваться, его нужно будет остужать – аккуратно поливать водой, поставить на него кружку с жидкостью, льдом и т.
д. Лучше крепить радиатор так, чтобы его ребра были расположены вертикально, это улучшает отдачу тепла воздуху.
А вот и видео, на котором наглядно показывается, как работает самодельный электрогенератор на дровах:
Генерация электричества из огня
Также можно установить на холодную сторону устройства вентилятор от компьютера, что несколько изменит его конструкцию. Давайте рассмотрим этот вариант по подробнее:
В этом случае кулер будет затрачивать небольшую долю мощности генераторной установки, но в итоге система будет работать с более высоким КПД. Помимо телефонной зарядки модуль Пельтье можно использовать в качестве источника электроэнергии для фонарика, что не менее полезный вариант применения генератора. Еще одна особенность данной конструкции — это способность регулировать высоту над огнем. Для этого автор использует деталь от CD-ROMа (на одном из фото хорошо видно, как самому можно изготовить конструкцию).
Если сделать термоэлектрический генератор своими руками по такой методике, на выходе у Вас может быть до 8 Вольт напряжения, поэтому для подзарядки телефона, нужно подключить понижающий преобразователь, который сделает на выходе стабильные 5 В.
Ну и последний вариант самодельного источника электроэнергии для дома может быть представлен такой схемой: элемент между двух алюминиевых «кирпичиков», медная трубка (водяное охлаждение) и конфорка. Как результат – эффективный генератор, позволяющий получить бесплатное электричество в домашних условиях! Например, при остывании конфорки, когда ей никто не пользуется. Или очень часто люди используют печь для обогрева, так вот часть этой энергии может пойти на зарядку вашего гаджета.
Оригинальная идея — горячая вода, как источник тепла
Второй эксперимент с водой
Вот мы и предоставили три простых варианта самодельного аппарата, который можно собрать из подручных средств.
Будет интересным к прочтению:
- Как меньше платить за свет законно
- Как сделать солнечную батарею своими руками
- Экономное отопление гаража электричеством
Оригинальная идея — горячая вода, как источник тепла
Генерация электричества из огня
Второй эксперимент с водой
Сборка термогенератора своими руками для получения электричества: особенности процесса
В современном мире большое количество бытовой техники и других устройств работает от электроэнергии. При этом, находясь в путешествии, приходится возить с собой химические источники тока, способные вырабатывать электроэнергию.
- Разновидности устройств
- Работа модуля
- Достоинства и недостатки
- Изготовление своими руками
Разновидности устройств
В цепи разнородных проводников при переменной температуре может возникать термо-ЭДС в местах контакта. На основании этого был разработан и создан так называемый модуль «Пельтье». Он представляет собой 2 пластины из керамики, между которыми установлен биметалл. При поступлении электрического тока одна из пластин постепенно начинает нагреваться, а другая одновременно охлаждается. Эта способность позволяет делать из таких элементов холодильники.
Но можно наблюдать и обратный процесс, когда в местах контакта будет поддерживаться перепад температур. В этом случае пластины начнут вырабатывать электрический ток. Такой модуль можно использовать для получения небольшого количества электрической энергии.
Работа модуля
Термогенераторы электричества работают по определенному принципу. Так, в зависимости от направления тока, в контакте разнопроводных проводников наблюдается поглощение или выделение тепла. Это зависит от направления электричества. При этом плотность тока является одинаковой, а энергии — различной.
Разогревание кристаллической решетки наблюдается, если вытекающая энергия меньше той, что входит в контакт. При перемене направленности тока происходит обратный процесс. Энергия в кристаллической решетке снижается, поэтому происходит охлаждение устройства.
Наибольшей популярностью пользуется термоэлектрический модуль, состоящий из проводников типов р и n, которые между собой соединены через медные аналоги. В каждом из элементов существует по 4 перехода, которые охлаждаются и нагреваются. Из-за температурного перепада возможно создание термоэлектрогенератора.
Достоинства и недостатки
Независимо от того, куплен он или изготовлен своими руками, термоэлектрогенератор имеет ряд достоинств.
Так, к наиболее весомым из них относятся:
- Малогабаритные размеры.
- Возможность работы как нагревательных, так и в охладительных приборах.
- При смене полярности наблюдается обратимость процесса.
- Отсутствие подвижных элементов, которые изнашиваются достаточно быстро.
Несмотря на имеющиеся существенные преимущества, такое устройство имеет некоторые недостатки:
- Незначительный КПД (всего 2−3%).
- Необходимость создания источника, отвечающего за температурный перепад.
- Существенное потребление энергии.
- Большая себестоимость.
Исходя из вышеперечисленных отрицательных и положительных качеств, можно сказать о том, что такое устройство целесообразно применять в случае необходимости подзарядки мобильного телефона, планшетного компьютера или зажигания светодиодной лампочки.
Изготовление своими руками
Можно изготовить термоэлектрический генератор своими руками.
Для этой цели потребуются некоторые элементы:
- Модуль, способный выдерживать нагрев до 300−400 °C.
- Повышающий преобразователь, цель которого заключается в приеме беспрерывного напряжения 5 В.
- Нагреватель в виде костра, свечки или какой-либо миниатюрной печи.
- Охладитель. Вода или снег — наиболее популярные подручные варианты.
- Соединительные элементы. Для этой цели можно использовать кружки или кастрюли разного размера.
Провода, проходящие между преобразователем и модулем, необходимо изолировать термостойким составом или обычным герметиком. Собирать устройство необходимо в такой последовательности:
- От блока питания оставить только корпус.
- Холодной стороной к радиатору нужно приклеить модуль «Пельтье».
- Предварительно зачистив и отполировав поверхность, нужно приклеить элемент другой стороной.
- От входа преобразователя напряжения необходимо припаять провода к выходам пластины.
При этом термогенератор для корректной работы должен быть наделен такими характеристиками: выходное напряжение — 5 вольт, тип выхода для подключения устройства — USB (или любой другой в зависимости от предпочтений), минимальная мощность нагрузки должна составлять 0,5 А. При этом можно использовать любой вид топлива.
Проверить механизм достаточно просто. Внутрь можно положить несколько сухих и тонких веточек. Поджечь их, а через несколько минут подключить какое-либо устройство, например, телефон для подзарядки. Собрать термогенератор несложно. Если все сделать правильно, то он прослужит не один год в поездках и походах.
Постройте термоэлектрический генератор, подобный тем, которые используются для запуска дальних космических миссий для космических аппаратов типа «Вояджер» и «Кассини».
Getty images
Фраза «тепловой двигатель» может вызвать некоторые плохие воспоминания из вашего вводного курса термодинамики.
Но не волнуйтесь, я покажу вам самую крутую тепловую машину, которую вы только можете представить, — термоэлектрический генератор (ТЭГ).
Основная идея тепловой машины состоит в том, чтобы извлекать некоторую полезную энергию из разницы температур. Эта выходная энергия может быть механической или электрической — и другими странными вещами. Но есть очень простой пример, который вы, вероятно, видели: паровой двигатель. Вы нагреваете немного воды, чтобы получить пар, который может расширяться и что-то толкать. Затем он конденсируется, позволяя чему-то сжаться.
Чтобы эта паровая машина вообще работала, нужно, чтобы наружная температура была ниже температуры пара, иначе пар никогда не конденсировался бы. И в самом деле, все тепловые двигатели зависят от разницы температур. Если вы хотите получить более подробное объяснение механики парового двигателя, посмотрите это видео.
А теперь самое простое тепловое устройство, которое вы когда-либо видели. Вы даже можете сделать его самостоятельно.
Вам просто нужна скрепка и оголенный медный провод (или любые два разных металлических провода). Я предполагаю, что это стальная скрепка. Разрежьте скрепку на две части, а затем соедините каждую часть с одним концом медного провода. Это должно выглядеть примерно так.
Серьезно, одна эта установка будет термоэлектрическим генератором. Как это круто?! Чтобы заставить это работать, просто поместите один конец медно-стального перехода во что-то горячее, а другой медно-стальной переход во что-то холодное. Два свободных конца скрепки будут выходом этого генератора. Поскольку это не очень эффективное термоэлектрическое устройство, я просто подключу выход к вольтметру. В качестве горячего конца я буду использовать горячую тарелку, а холодный конец будет состоять из соли и льда (который холоднее, чем обычный лед). Вот как это выглядит.
Самые популярные
Как видно из вольтметра, я получаю 1,2 мВ. Это немного, но хоть что-то.
(Если вам интересно, масса на горячей пластине предназначена только для того, чтобы протолкнуть соединение медь-сталь для обеспечения хорошего контакта.)
Здесь вы видите эффект Зеебека (названный в честь Томаса Зеебека). Два разных металла вместе при двух разных температурах могут создавать электрический ток. Эффект более заметен при большей разнице температур, и некоторые комбинации металлов работают лучше, чем другие, но вот он, ваш термоэлектрический генератор.
На самом деле, вы можете сделать лучший генератор, используя полупроводник вместо двух разных металлов, но вариант из двух металлов построить гораздо проще. Вот демо с полупроводником. Устройство зажато между двумя алюминиевыми ножками, одна ножка в горячей воде, а другая в холодной. Выход устройства идет на небольшой электродвигатель сверху.
Самые популярные
Итак, как это работает? Почему при разнице температур (для разных металлов) возникает электрический ток? Я не собираюсь в полная история , так как это заняло бы слишком много времени.
Но вот мой очень короткий ответ: у электрического проводника есть свободные заряды, которые могут перемещаться (несколько). Когда вы прикладываете электрическое поле, эти заряды перемещаются и создают электрический ток. Обычно мы думаем об этих зарядах как об электронах, но это может быть что-то другое. Если вы возьмете металл и сделаете один конец горячим, а другой холодным, электроны на горячей стороне будут иметь больше энергии и двигаться больше. Эти более горячие электроны расходятся, а на холодном конце электроны имеют меньшую энергию. Величина разделения заряда зависит от конкретного металла.
Теперь возьмите другой металл с двумя концами при разной температуре. Но поскольку этот металл отличается от первого, у него будет другое разделение зарядов на горячем и холодном концах. Когда эти разные металлы соединяются вместе, они образуют что-то вроде батареи — не очень хорошей батареи, но все же похожей на батарею. И бум — вот и ваш термоэлектрический генератор.
Если вы думаете о строительстве термоэлектрического генератора для питания вашего дома, у меня для вас плохие новости.
Эти вещи очень неэффективны. Нужны довольно большие перепады температур, чтобы извлечь из них что-то полезное. Однако есть и хорошие новости. Эти термоэлектрические генераторы не имеют движущихся частей. Отсутствие движущихся частей означает, что они маленькие и достаточно надежные. И именно поэтому они используются в некоторых космических кораблях (таких как «Вояджер», «Кассини» и других). Чтобы создать разницу температур, космический корабль будет использовать радиоактивный источник, который остается очень горячим — вот и все. Так работает ваш радиоизотопный термоэлектрический генератор (РТГ). Это то же самое, что генератор скрепки и медной проволоки, только намного лучше.
Но подождите! Есть больше. Вы можете сделать что-то еще с двумя разными металлами. Что, если я использую те же два металла, но вместо того, чтобы помещать концы на разную температуру и получать напряжение, я подключаю их к батарее? Кроме того, я погружу оба конца в воду, чтобы было немного легче измерять температуру.
Чтобы получить измеримый эффект, я сделал два изменения: я использовал нихромовую проволоку вместо стальной и сделал несколько соединений последовательно. Вот как это выглядит.
Самый популярный
Оба стакана воды начинаются при комнатной температуре. Вы видите несколько дополнительных проводов — они предназначены для измерения температуры двух одинаковых количеств воды. Теперь, когда я подключаю батарею D-cell, я могу измерять температуру как функцию времени. Я должен увидеть, как температура воды в одном стакане повышается, а в другом понижается, но это не совсем работает. Возможно, мне нужно улучшить мою настройку, но что-то вроде этого должно работать. Это называется эффектом Пельтье (когда он работает). Это противоположно эффекту Зеебека.
Вот лучшая демонстрация. Если я сниму электродвигатель с термоэлектрического генератора, я смогу подать напряжение. В этом случае одна сторона нагревается, а другая охлаждается.
Вы могли бы почувствовать это своими руками, но это не работает через Интернет. Вместо этого я могу показать вам это инфракрасное изображение.
Да, это холодильник. Это не очень эффективно для охлаждения вещей, но вы можете сделать очень маленькое устройство, которое может снизить температуру чего-либо без каких-либо движущихся частей. Охладители Пельтье очень полезны в камерах, которые очень чувствительны к тепловым шумам. Они также полезны для того, чтобы ваш напиток оставался холодным, пока вы едете в машине. Они даже делают термоэлектрические винные холодильники (другое название охладителя Пельтье).
Хорошо, есть еще одна вещь, которую вы можете сделать с двумя разными металлами (на тот случай, если вы не хотите строить радиоактивный термоэлектрический генератор). Вы можете использовать два разных металла для измерения температуры. Да, датчик, который я поместил в стакан с водой, работал, измеряя напряжение, создаваемое двумя разными металлами с разницей температур.
Если вы можете сделать все это, используя всего два куска металла, только представьте, что вы можете сделать с тремя .
Ретт Аллейн — адъюнкт-профессор физики Университета Юго-Восточной Луизианы. Он любит преподавать и говорить о физике. Иногда он разбирает вещи и не может собрать их обратно.
Темыфизикатермодинамикаэлектричество
Еще из WIREDКак построить самодельный термоэлектрический генератор
Термоэлектрический генератор использует базовую концепцию, согласно которой разница температур между двумя материалами создает электричество.
Можно ли применить эту технологию для изготовления термоэлектрического генератора в домашних условиях?
На самом деле, можно довольно легко, несмотря на эффективность такого генератора, питать некоторые мелкие бытовые приборы или портативные электрические устройства, такие как смартфоны, видеокамеры и многое другое.
Усовершенствование технологии в некоторой степени помогло решить эту идею: элементы Пельтье представляют собой термоэлектрический материал, который помогает преобразовывать разницу температур в электричество.
Они все чаще используются в автомобильной промышленности для рекуперации части тепла, теряемого двигателем, и передачи энергии аккумуляторной батарее.
Схема термоэлектрического генератора
Термоэлектрический генератор можно использовать дома, выполнив следующие действия:
- Купите два радиатора в Интернете или в ИТ-магазине и нанесите термопасту для вентилятора, чтобы облегчить штабелирование блока Пельтье.
- Разделите два радиатора соответствующим теплоизоляционным материалом.
- Затем вырежьте отверстие в изоляторе для установки элемента Пельтье.
- Не забудьте оставить достаточно места для пары проводов.
- Затем соберите сборку и начните нагревать один из радиаторов. Чем дольше вы будете это делать, тем больший ток будет вытекать из вашего самодельного термоэлектрического генератора.
- В зависимости от размера генератора вы сможете питать все больше и больше устройств или гаджетов в вашем доме.
- типичными примерами являются зарядка мобильного телефона или запуск небольшого радиоприемника и оживление светодиодной подсветки.
- Также отличной идеей будет использовать его для питания наружных вентиляторов и освещения, которые не подключены к электросети вашего дома.
Лучшее в использовании термоэлектрического генератора то, что он является бесплатным и неисчерпаемым источником энергии, если у вас есть одновременный доступ к материалам, имеющим некоторую разницу температур, которые можно использовать для получения необходимого электрического тока.
Хотя можно предположить, что эта технология не получила широкого распространения, факт в том, что она используется даже для полетов в дальний космос, где она оказалась более эффективной, чем солнечная энергия.
Поскольку такой генератор очень легко собрать, было бы здорово, если бы все больше и больше людей использовали его и получали бесплатное электричество, просто используя воздействие разной температуры двух близких веществ или объектов — обычное дело. достаточное возникновение в большинстве домов.
Это могло бы помочь увеличить то, что поставляется сетью, и если бы все так делали, было бы меньше энергии, потребляемой из сети.