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Con l’aiuto di semplici dispositivi, è possibile utilizzare la perdita di calore dall’aria o dai liquidi di riscaldamento. In questo articolo, ti mostreremo come utilizzare l’energia di scarto di stufe, caldaie e fuochi aperti convertendola in una piccola corrente elettrica a corrente continua..
Qualsiasi processo chimico ha luogo con il rilascio di vari tipi di energia. Una fonte così potente come la combustione è stata utilizzata in ogni momento. Può essere chiamata la fonte primaria di calore e luce. Quasi tutte le sostanze sulla Terra bruciano, emettendo calore e luce in quantità diverse. La conversione di energia termica in energia elettrica non è difficile se si dispone di una turbina a vapore funzionante, simile a quelle installate nel CHP. Questo è un dispositivo ingombrante e complesso, che è improbabile che trovi un posto nel locale caldaie di una casa di campagna. Cercheremo di beneficiare del calore generato dal riscaldamento della stufa o del riscaldamento dell’acqua.
L’effetto Peltier è il fenomeno della differenza di temperatura quando termocoppie di due diversi tipi di conduttori (tipo p e tipo n) interagiscono quando una corrente continua li attraversa. L’effetto Seebeck è una conseguenza dell’effetto Peltier, quando viene generata una corrente elettrica quando viene riscaldata una delle termocoppie. Non descriveremo in dettaglio la termodinamica del processo: queste informazioni, che sono difficili da comprendere, sono facilmente reperibili nella letteratura di riferimento. Siamo interessati al risultato e alle opzioni per il suo uso pratico..
Design del modulo termoelettrico
Il modulo termoelettrico (TEM) è costituito da una pluralità di termocoppie collegate da una piastra di rame. Il campo della termocoppia è incollato tra due piastre di ceramica. È possibile assemblare tale modulo solo in fabbrica. Ma sarà possibile assemblare diversi TEM per le proprie esigenze a casa. Gli elementi Peltier-Seebeck sono disponibili gratuitamente nei negozi specializzati (e sui siti Web) che vendono attrezzature tecnologiche.
Raccogliamo TEM per 5 V.
Quello di cui hai bisogno:
- Modulo Peltier TEC1-12705 (40×40) – 2 pezzi;
- convertitore step-up di tensione costante EK-1674;
- foglio di duralluminio spessore 3 mm;
- serbatoio d’acqua con fondo perfettamente piatto (secchio);
- colla calda;
- saldatore.
Ritagliamo due lastre identiche da un foglio di duralluminio, poco più di due moduli affiancati. Fissiamo le piastre sui moduli su entrambi i lati con colla a caldo. Fissiamo (hot melt) il “sandwich” risultante sul fondo del secchio. Un tale progetto può già essere messo a fuoco, ma all’uscita diventeremo inutili 1,5 V. Per migliorare le caratteristiche, abbiamo bisogno di un convertitore step-up, che saldiamo nel circuito. Aumenterà la tensione a 5 V, che è già sufficiente per caricare un telefono cellulare..
Attenzione! Il convertitore ha dimensioni di 1,5×1,5 cm. In assenza di competenze professionali, affidare la saldatura a uno specialista.
La differenza di temperatura nel nostro design si ottiene riscaldando un lato (da un forno o una fiamma) e raffreddando l’altro (acqua in un mestolo). Naturalmente, maggiore è la differenza, più efficiente funzionerà il modulo. Pertanto, per funzionare in modalità microgeneratore, è necessaria una temperatura dell’acqua relativamente bassa nella siviera (è meglio sostituirla periodicamente). Per generare l’ambita 5 V, è sufficiente mettere la struttura su un vetro con una candela accesa.
Combinando proporzionalmente più moduli, otteniamo un sistema di generazione di energia più efficiente. Di conseguenza, aumentando la struttura, aumentiamo proporzionalmente lo scambiatore di calore. In questo caso, la superficie raffreddata deve essere completamente coperta con un contenitore d’acqua (l’opzione più semplice e conveniente).
Tutto è così semplice che immediatamente c’è il desiderio di assemblare più moduli in un sistema e generare 220 V dal fuoco. E quindi collegare un riscaldatore di olio o un condizionatore d’aria. Un sistema così semplice ha i suoi svantaggi e quello principale è la bassa efficienza. Di solito questa cifra non supera il 5%. Ciò porta a una resistenza di corrente relativamente bassa di 0,5 – 0,8 A e una potenza molto bassa – fino a 4 W..
Per una pompa o una lampada a incandescenza, questo è trascurabile, ma abbastanza sufficiente per:
- ricarica batterie fino a moto (in opzioni proporzionali ai requisiti);
- lavoro di lampade a diodi a emissione di luce (LED);
- ricevitore radio.
In inverno, il sistema, posizionato su una fonte di calore situata all’esterno, funzionerà nel modo più efficiente possibile..
Il costo dei materiali per l’assemblaggio di un microgeneratore termoelettrico a 5 V:
Nome Prezzo, rub. Nota Modulo Peltier TEC1-12705 (40×40) * – 2 pezzi. 600 Prezzo per 2 pezzi. Convertitore boost di tensione CC EK-1674 320 Duralluminio 300 Foglio per versione a secchiello Colla a caldo radiale 150 2 ml Mestolo cento Nuovo Totale per materiali 1470 * – questo modello di articolo è stato selezionato per motivi di prezzo. La gamma di TEM di aziende fornitrici è piuttosto ampia, il che consente di scegliere modelli più produttivi (fino a 8 V) (sono significativamente più costosi).
I prodotti di fabbrica di questo design stanno appena iniziando ad apparire in vendita. La produzione in serie viene eseguita in piccoli lotti e la gamma è ridotta. Il costo di un tale “secchio” inizia da 2500 rubli.
Un termogeneratore di fabbrica è un dispositivo basato sull’effetto Peltier-Seebeck che può essere fissato direttamente su una superficie riscaldata. Dal design sopra descritto, si distingue per il design di fabbrica (che significa affidabilità), l’assenza di uno scambiatore di calore liquido (invece di esso – alette per il raffreddamento ad aria) e un prezzo più elevato.
Un termogeneratore standard “travel” ha le seguenti caratteristiche:
Voltaggio 13.5V Forza attuale 0,16 A Energia 2,2 watt Peso 1,6-2 kg Cavo armato sì protezione da surriscaldamento sì Set di connettori standard sì Dimensioni (circa) 150x150x200 mm Prezzo Da 7000 rub. Come puoi vedere dalla tabella, l’affidabilità e l’utilità di fabbrica non sono economiche. Tuttavia, non si può dire che sia funzionalmente superiore alla versione fatta in casa con un secchio. Un impressionante 13,5 volt accelererà la ricarica del telefono cellulare, ma dovrai portare con te 2 kg di peso durante l’escursione, che è un lusso insostenibile (date le dimensioni del dispositivo). E, naturalmente, il prezzo ti fa pensare. Per questo importo, è possibile raccogliere non un “secchio termico”, ma una “vaschetta termica” e caricare tranquillamente il laptop. E ancora una sfumatura: il dispositivo richiede ancora il fissaggio su una piastra metallica in caso di utilizzo di un fuoco aperto.
In generale, questa è un’aggiunta piacevole e conveniente per coloro che non hanno problemi con i soldi e lo spazio libero nel bagagliaio..
Fornace di energia
Ad oggi, una fornace di energia è l’apoteosi dell’uso del TEM nella vita di tutti i giorni. Questo è un prodotto di fabbrica, infatti, una stufa-stufa per qualsiasi tipo di combustibile solido con un modulo termoelettrico integrato. Ideale per case di caccia, cottage estivi, terreni per lo svernamento e in generale qualsiasi tipo di vita lontano dalla civiltà. Progettato per l’uso autonomo (senza dissipatori di calore periferici), ha solo un focolare e un camino. Fornisce preparazione del cibo. Gli elementi Peltier-Seebeck più potenti sono installati su questa fornace..
Caratteristiche del forno energetico:
potenza di uscita 25-50 W. Tensione di uscita 12 pollici Volume del focolare 30-60 litri Peso 30-60 kg Energia termica 4-6 kW Stabilizzatore sì Connettori di fabbrica sì protezione da surriscaldamento sì Prezzo RUB 23.000–40.000. Sebbene il forno sia portatile, è sicuramente la “classe di peso elevato” tra gli elettrodomestici. Tuttavia, la gamma di compiti della fornace di energia è piuttosto ampia: può persino caricare le batterie dell’auto, illuminare intere stanze con lampade a LED. Troverà un posto nel vagone di spedizione e nel veicolo fuoristrada da caccia, nella sala tecnica e in campagna. In altre parole, in questo caso, abbiamo sempre una fonte di calore con noi, resta da trovare combustibile.
Nella sua nicchia, la fornace di energia è insostituibile, sebbene la durata dichiarata dal produttore – 10 anni sia un po ‘allarmante. Va notato che, come nel termogeneratore, esiste la possibilità di una sostituzione preventiva (o di emergenza) di tutte le parti fino al corpo.
I moduli termoelettrici sono oggetti estremamente interessanti. Oltre ai metodi di applicazione descritti, vengono anche utilizzati per il condizionamento dell’acqua e dell’aria. In questo caso, una corrente continua viene fornita allo stesso elemento e funziona “nella direzione opposta” – raffredda l’aria. Questa tecnologia viene applicata con successo nei condizionatori d’aria per auto e nei refrigeratori d’acqua, nell’industria automobilistica e nella produzione di microprocessori. Descriveremo questi dispositivi nel prossimo articolo..
Mi chiedo se sia possibile utilizzare elementi Peltier o elettricità prodotta da un incendio come fonte di energia alternativa. Qualcuno ha informazioni a riguardo o sa se ci sono studi o progetti in corso su questo argomento? Grazie in anticipo per le vostre risposte.