Термоэлектрогенератор своими руками: Термоэлектрический генератор своими руками. Бесплатное электричество от печи | Блог самостройщика

▶▷▶▷ как своими руками сделать термоэлектрический генератор

▶▷▶▷ как своими руками сделать термоэлектрический генератор

Интерфейс	Русский/Английский
Тип лицензия	Free
Кол-во просмотров	257
Кол-во загрузок	132 раз
Обновление:	19-03-2019

как своими руками сделать термоэлектрический генератор — Yahoo Search Results Yahoo Web Search Sign in Mail Go to Mail» data-nosubject=»[No Subject]» data-timestamp=’short’ Help Account Info Yahoo Home Settings Home News Mail Finance Tumblr Weather Sports Messenger Settings Want more to discover? Make Yahoo Your Home Page See breaking news more every time you open your browser Add it now No Thanks Yahoo Search query Web Images Video News Local Answers Shopping Recipes Sports Finance Dictionary More Anytime Past day Past week Past month Anytime Get beautiful photos on every new browser window Download Как сделать своими руками генератор из термоэлектрического instrumentguru/svoimi-rukami/generator-iz Cached 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 Термоэлектрический генератор своими руками: видео, фото samelectrikru/delaem-besplatnoe-elektrichestvo Cached Как сделать термоэлектрический генератор своими руками в домашних условиях Инструкция Как Своими Руками Сделать Термоэлектрический Генератор — Image Results More Как Своими Руками Сделать Термоэлектрический Генератор images Термоэлектрический генератор: принцип работы, применение, как wwwasutppru/termoelektricheskij-generatorhtml Cached Как сделать бестопливный генератор своими руками Генератор свободной энергии Хендершота, Тесла на Кавитационный теплогенератор систем отопления Термоэлектрический генератор своими руками Генератор на elquantaru › Генераторы Затраты здесь небольшие и устройство вполне способно зарядить мобильный телефон Генератор , собранный своими руками , является аналогом зарубежной модели фирмы BioLite НЕВЕРОЯТНЫЙ ГЕНЕРАТОР ЭНЕРГИИ! — YouTube wwwyoutubecom/watch?v=fR3n_xlO978 Cached В этом выпуске вы узнаете, как сделать термоэлектрический генератор своими руками в Пельтье элемент своими руками как сделать — YouTube wwwyoutubecom/watch?v=8ppUpaDJfbg Cached Также есть информация о том, как сделать холодильник Пельтье своими руками Category People Blogs Как сделать термоэлектрический генератор своими руками vse-elektrichestvoru/poleznye-sovety/samodelki/ Cached Чтобы сделать термоэлектрический модуль пельтье своими руками нужно проделать следующие Термоэлектрический генератор: 90 фото простых и эффективных electrikmasterru/termoelektricheskij-generator Cached Советы как сделать ТЭГ с высоким КПД своими руками Генератор своими руками : лучшие идеи Термоэлектрический генератор своими руками electrikexpertru/termoelektricheskij-generator Cached Как сделать собственноручно Далее вкратце повествуем, как сделать генератор своими руками , который можно использовать в природных условиях или обесточенных местах Бесплатное электричество: термоэлектрический генератор 6wattru/elektrosnabzhenie/besplatnoe-elektrichestvo Cached Как сделать элемент Пельтье своими руками Обычный элемент Пельтье – это пластина, собранная из деталей различного металла, с разъемами для подключения в сеть Promotional Results For You Free Download | Mozilla Firefox ® Web Browser wwwmozillaorg Download Firefox — the faster, smarter, easier way to browse the web and all of Yahoo 1 2 3 4 5 Next 3,790 results Settings Help Suggestions Privacy (Updated) Terms (Updated) Advertise About ads About this page Powered by Bing™

• В гостях у Самоделкина! » Видео » Делаем термоэлектрический генератор. Именно этот эффект известен,
• как термоэлектрический. Музыкальная колонка для телефона своими руками. Термоэлектрогенератор — это техническое устройство ( электрический генератор ), предназначенное для прямого преобразования тепл
• техническое устройство ( электрический генератор ), предназначенное для прямого преобразования тепловой энергии в электричество посредством использования в его конструкции термоэлементов (термоэлектрических материалов). Эффективный термоэлектрический материал : КПД преобразования, термо-ЭДС, пластичность… Разработанная японской компанией термоэлектрическая пленка способна вырабатывать ток за счет небольшой разницы температур — от 1 градуса Цельсия. Она, например, сможет обеспечивать питанием медицинские датчики (на или в теле человека)… Но вы слишком сильно полагаетесь в своих суждениях на эти качества, слова имеют для вас второстепенное значение. Сделайте на это поправку — и у вас будут все шансы хорошо разбираться в людях. Это — РИТЭГ, радиоизотопный термоэлектрический генератор. «Наука из первых рук» Первый снимок Плутона аппарату удалось сделать уже на первом году полета, в сентябре 2006 года. quot;Популярная механикаquot; — журнал. Статьи о технологиях, истории, оружии, архив номеров, условия подписки. Генератор текста: создай свою безумную историю. Тут необходимо вспомнить один из самых совершенных термоэлектрических генераторов: мощностью всего в 30 микроватт, зато весом в 0,23 грамма .

термо-ЭДС

например

• как сделать термоэлектрический генератор своими руками в Пельтье элемент своими руками как сделать — YouTube wwwyoutubecom/watch?v=8ppUpaDJfbg Cached Также есть информация о том
• применение
• smarter

В гостях у Самоделкина! » Видео » Делаем термоэлектрический генератор. Именно этот эффект известен, как термоэлектрический. Музыкальная колонка для телефона своими руками. Термоэлектрогенератор — это техническое устройство ( электрический генератор ), предназначенное для прямого преобразования тепловой энергии в электричество посредством использования в его конструкции термоэлементов (термоэлектрических материалов).

Эффективный термоэлектрический материал : КПД преобразования, термо-ЭДС, пластичность… Разработанная японской компанией термоэлектрическая пленка способна вырабатывать ток за счет небольшой разницы температур — от 1 градуса Цельсия. Она, например, сможет обеспечивать питанием медицинские датчики (на или в теле человека)… Но вы слишком сильно полагаетесь в своих суждениях на эти качества, слова имеют для вас второстепенное значение. Сделайте на это поправку — и у вас будут все шансы хорошо разбираться в людях. Это — РИТЭГ, радиоизотопный термоэлектрический генератор. «Наука из первых рук» Первый снимок Плутона аппарату удалось сделать уже на первом году полета, в сентябре 2006 года. quot;Популярная механикаquot; — журнал. Статьи о технологиях, истории, оружии, архив номеров, условия подписки. Генератор текста: создай свою безумную историю. Тут необходимо вспомнить один из самых совершенных термоэлектрических генераторов: мощностью всего в 30 микроватт, зато весом в 0,23 грамма .

Походный термоэлектрический генератор на дровах и щепках

Есть в мире такая интересная вещь, как Элемент Пельтье — термоэлектрический преобразователь с обратимым эффектом. Его устройство очень просто — это пластинка с множеством соединенных пар разнородных полупроводников, закрытых в теплопроводящем корпусе. Если пустить по элементу ток — одна из сторон пластинки начнет греться, а другая — охлаждаться. Работает это и в обратную сторону — если охлаждать одну сторону, и нагревать другую — элемент начнет вырабатывать электричество, тем большее, чем больше разница температур между сторонами.

За свою универсальность, простоту и малые размеры, «пельтьешки» горячо полюбились любителями самодела, выживальщиками и оверлокерами, которые не перестают придумывать им применение как в качестве охладителя (например, для CPU), так и термоэлектрогенератора. Например — представленный Маркусом Райтом из Уфы — простой походный термогенератор на дровах и щепках, дающий на выходе напряжение 5V/500mA через преобразователь с USB-выходом — этого должно быть достаточно для зарядки телефона или фонарика на природе.

А главное — собрать этот агрегат можно из компьютерного хлама и подручных средств, и ниже мы расскажем как!

Для сборки устройства понадобится:
1. Элемент Пельтье — хорошим выбором будет TEC1-12710 12V 40x40mm
2. Повышающий преобразователь напряжения с USB-выходом (входной ток 1-5V, выходной — 5V).
3. Радиатор для процессора с площадью соприкосновения не меньше 40x40mm (больше — лучше).
4. Блок питания компьютера, желательно нерабочий — из него понадобится только корпус. Вместо БП можно использовать щепочницу, и вообще модифицировать конструкцию по желанию.

5. Термопаста и инструменты.

Приобрести Элемент Пельтье можно на радиорынках или в магазинах электротехники, или на ebay и aliexpress (ключевое слово — «peltier»). У нас — дороже, на Aliexpress партия из 5шт. TEC1-12710 обойдется в $25, хотя можно найти дешевле. Также, можно заказать TEC1-12706 — его характеристики похуже, но партия в те же 5шт. обошлась в $10. Ниже приведены характеристики используемого в генераторе элемента:

В TEC1-12710 — 127 пар полупроводников, он рассчитан на 10A и оптимальное подаваемое напряжение — 12V (допустимо, но нежелательно превышение до 14-15V. При извлечении напряжения нагревом и охлаждением — элемент выдаст напряжение значительно ниже среднего — около 1V с пассивным охлаждением одной стороны. Поэтому нужно использовать повышающий преобразователь — когда на вход подается минимальное допустимое напряжение в 1V, он повышает и стабилизирует его, давая на выходе стабильные 5V. Большинство подобных устройств оснащены светодиодным индикатором — когда он загорится — значит на выходе есть 5V и можно работать.

Стабилизатор несложно собрать самому — хотя, стоит он около $2-3 и продается интернет-магазинах. В описываемом устройстве используется стабилизатор, заказанный из Китая вместе с ЭП.

Важно: Элементы Пелетье чувствительны к высоким температурам — нежелателен длительный нагрев элемента выше 160°C, иначе поплывут места спая полупроводников и он выйдет из строя. Также опасны короткие замыкания на поверхности элемента и между контактами.

Сборка:
1. Сперва нужно подготовить корпус БП. А именно — выпотрошить всю начинку и снять порты питания. Снизу на задней стенке, где будет крепиться радиатор, выпилите или пробейте 4 маленьких отверстия — они нужны для крепления радиатора на металлической проволоке. Также, при необходимости, пробейте отверстия для доступа кислорода снизу. Во всём остальном — корпус компьютерного БП идеально подходит для термогенератора.

2. Соблюдая полярность, припаяйте контакты ЭП к преобразователю, а сам преобразователь желательно заизолировать, для защиты от повреждений.

3. Теперь нужно реализовать охлаждение холодной стороны ЭП — активное, или пассивное. Пассивное — это просто радиатор, рассеивающий тепло. Активное — это когда тепло, переданное радиатору, рассеивается кулером, либо когда радиатор охлаждается холодной водой/снегом (зима — лучшее время для фанатов ЭП) — вариантов много. В любом случае, пассивное охлаждение допустимо в ветреной местности, но КПД устройства будет ниже.

«Холодная» сторона ЭП — это та, на которой набито название (протестировать можно, пустив на контакты ЭП ток). Для лучшего теплоотвода обильно смажьте холодную сторону ЭП термопастой — подойдет и легендарная КПТ-8, купленная на радиорынке, но лучше использоваться современные аналоги (спрашивайте в магазинах компьютерной техники). После — установите радиатор на холодную сторону ЭП, и готовое изделие плотно (используя металлическую проволоку) закрепите на стенке корпуса.

Термогенератор на Элементах Пелетье готов!

Работает сей агрегат очень просто: щепки или дрова, горящие внутри корпуса, нагреют одну из сторон ЭП, пока другую будет охлаждать радиатор. Разница температур начнет расти — а вместе с ней вырастет и вырабатываемое элементом напряжение. Когда на преобразователе загорится лампочка — к устройству можно подключать ваши девайсы, и те медленно, но верно будут заряжаться. А если иногда охлаждать водой радиатор — то заряжаться они будут ещё быстрее!

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Электрогенератор на дровах (электростанция): изготовление

Краткое содержание

Для нас давно стало привычным использовать дрова для разведения костра или домашнего очага. И слышать о том, что горящие дрова могут помочь произвести электричество, довольно странно. Но, несмотря на это, современный рынок содержит большой выбор моделей электрогенераторов, которые в качестве топлива используют древесину.

Если вкратце, то мощность такого оборудования в среднем достигает 50 Вт, кроме этого, существуют более мощные установки, которые позволяют обеспечить оборудование более высокой мощности примерно до 100 Вт. Полный объем энергии наберется примерно через 10 минут, что достаточно быстро для такого типа оборудования. Для работы такого прибора разрешено использовать не только дерево, но и его аналоги.

Термоэлектрогенераторы на дровах [ads-mob-1][ads-pc-1]

ДВИГАТЕЛЬ СТИРЛИНГА С ГЕНЕРАТОРОМ НА ДРОВАХ

На сегодняшний день электрогенератор на дровах, используется достаточно широко, конечно, до крупных масштабов пока далеко, но даже это достижение означает очень многое.

Сфера применения

Если сравнивать данный электрогенератор с другими аналогичными устройствами, то он также подходит для выполнения двух основных задач:

• В случае нестабильной работы централизованной системы электроснабжения, отключения электроэнергии или в случае аварийной ситуации, устройство обеспечит резервный источник питания.
• Для оборудования небольшой мощности это устройство обеспечит постоянный источник питания.

Конечно, электрогенератор, используемый в качестве топлива дрова, не сможет в полной мере заменить монофункциональный автономный источник электроэнергии, но в домашнем хозяйстве, для обслуживания бытовых приборов, он вполне подойдет.

Переносной электрогенератор на дровах

Как вариант, его можно использовать, отправляясь на отдых, охоту или рыбалку. Для дачи этот генератор станет отличным решением, если дачный массив не подключен с централизованной системой электроснабжения.

Особенности конструкции и принцип работы

Принцип работы этого агрегата держится на элементе Пельтье, благодаря которому возможно получить электроэнергию посредством температуры. Этот элемент имеет керамическое покрытие, которое представляет собой изолятор для электричества. Одна сторона изолятора имеет свойство отдавать тепло, а другая, наоборот, поглощать. Внутренняя конструкция состоит из 1 проводника меди, и двух полупроводников типов P и N.

На выходе этот генератор выдает 12 В напряжения. Конечно, использование генератора с такой отдачей вряд ли сможет обеспечить ряд приборов даже бытового предназначения, но применив инвертор или конвертор, можно получить электрогенератор, который на выходе даст 220В.

Принцип работы электрогенератора на дровах

Кроме этого устройства, существует и другая разновидность, это электростанция автоматизированного типа. Этот тип более производительный, в качестве топлива тоже используется твердое топливо, получая в результате электроэнергию.

Работа электрогенератора достаточно простая, для этого потребуется соблюдение всех правил:

• Первое что нужно сделать, это заложить топливо в устройство и поджечь его. В результате горения происходит нагрев стенок печки и элемента Пельтье, который располагается на одной из стенок.
• Та сторона, которая расположена на радиаторе, будет постепенно подвергаться охлаждению, благодаря более низким уличным температурам. Мощность устройства будет больше, если разница температур будет больше. Самая большая производительность устройства будет достигнута, в случае повышения показателя температур до 100 градусов.
• Для охлаждения радиатора используют снег или воду. Как вариант можно перенести устройство на лед.
• Необходимо помнить о максимальных значениях температур и не превышать этих значений, иначе элемент Пельтье может сгореть.

Преимущества и недостатки

Если электрогенератор или электростанцию на дровах рассматривать более детально, то можно выделить один главный недостаток — это высокая стоимость. Хотя во время эксплуатации, средства, затраченные на приобретение, достаточно быстро окупаются, ведь основное топливо — это дерево, а оно значительно дешевле в отличие от бензина или дизельного топлива.

Плюсы использования дровяного электрогенератора

Но это не одно преимущества, это оборудование обладает несколькими преимуществами, в числе можно отметить:

• Способность обогрева помещения до 50 куб. м.
• Кроме основного предназначения, в выработке электричества и получения тепла, электрогенератор позволяет приготовить пищу.
• Компактные размеры. Что особенно актуально в процессе транспортировки.
• Долгий срок эксплуатации.
• Небольшой вес конструкции.
• Бесшумная работа.

Чем проще конструкция прибора, тем она надежнее, в плане износа. Под это правило попадает и электрогенератор, используемый дрова.

В промышленных масштабах изготовление таких агрегатов появилось не так давно, поэтому цена на них достаточно высокая, что подтолкнуло умельцев к изготовлению генераторов в домашних условиях.

Изготовление генератора в домашних условиях

Элемент Пельтье используемый в электрогенераторах

Основной прибор, который понадобится, это элемент Пельтье, его можно приобрести или изъять из портативного холодильника. Кроме него, необходимо подготовить и другие детали:

Набор инструментов для электропайки

• стабилизатор напряжения,
• металл для корпуса
• радиатор охлаждения и кулер;
• термопаста;
• инструмент – заклепочник,
• ножницы по металлу,
• дрель;
• паяльник;
• клёпки.

Основная часть

Корпус — он выглядит в виде банки без дна, квадратной формы. Снизу располагаются отверстия для поступления воздуха, сверху находится подставка, на которой будет расположена емкость для воды.

С одного бока закрепляют элемент Пельтье, а к его холодной стороне, с помощью термопасты, прикрепляют радиатор.

Электрическая часть

Оптимальным вариантом будет, если вы нашли стабилизатор в одном корпусе с USB гнездом. Это позволит одновременно выполнять несколько функций: готовить еду и заряжать различные устройства. Для этого необходимо выполнить условие, при котором генерируемое элементом Пельтье электричество, будет подаваться на разъем USB.

Этот стабилизатор спаивают вместе с элементом Пельтье, основываясь на полюса. Для избежания попадания влаги внутрь прибора, его очень тщательно изолируют.

Критерии для выбора

Если вы все-таки решили приобрести агрегат, то вам понадобятся некоторые критерии, на которые вы сможете опираться при выборе.

Выбор упрощается тем, что для домашнего использования подходят только печи-генераторы, а для промышленного использования берут крупногабаритные электростанции. Обычно мощность таких станций варьируется от 100–200 кВт.

Выбирая устройство, обратите внимание на то, какую площадь, оно будет обслуживать, и на какую мощность нужно рассчитывать.

Схема работы электрогенератора с элементом Пельтье

Чтобы рассчитать количество необходимого топлива, потребуется спланировать степень эффективности и использования агрегата, от этих показателей будет зависеть объем контейнера для дров.

Общие рекомендации

Для эффективного использования этого устройства вам помогут несколько рекомендаций:

Для поддержания высокой температуры потребуется контролировать степень прогорания топлива. Функцию, для автономной подачи топлива, эти генераторы не имеют.
Этот вид электрогенератора должен быть оборудован дымоходом, для удаления продуктов горения.

[ads-pc-2][ads-mob-2]

Видео: Как сделать электрогенератор

Электростанция на элементах пельтье

Я расскажу как получить электричество из тепла и как построить своими руками термоэлектрогенератор средних размеров, который можно использовать в походах и на открытой природе, а также просто так, для зарядки электронных устройств, посредством зарядки перезаряжаемых батарей от любого источника огня. При использовании ракетной печи или походной печки и газа для более быстрого сгорания, сгенерируется больше энергии.

Термоэлектрический генератор идеально подходит для выживания в случае стихийных бедствий, поскольку позволяет производить электроэнергию из легкодоступного источника — огня. Солнечную энергию можно получить только днем, а сбор лунного света неэффективен и требует создания дорогой линзы, энергию ветра возможно получить не в любой день. Огонь — это мощный и опасный источник энергии, поэтому будьте осторожны при использовании устройства и остерегайтесь горячей части радиатора и т.д.

Шаг 1: Необходимые детали

1. 1х Элемент Пельтье (термоэлектрический преобразователь)
2. Алюминиевый радиатор среднего размера (я достал свой из старого ПК)
3. Толстый электрический кабель двух цветов (опционально)
4. Входные и выходные разъемы/гнезда, предварительно купленные или изготовленные (для ввода и вывода энергии) (опционально)
5. Проектный корпус, частично теплозащищенный, если возможно. Используйте изоляционный материал, металл, фольгу и т.д. (опционально)
6. Термопаста (опционально), алюминиевая фольга (желательно)
7. Резак для резки тонких металлов
8. Ножницы по металлу
9. Разные отвертки (для закручивания винтов корпуса и входов/выходов)
10. Разные винты и болты (для крепления металлических пластин и радиатора)
11. Паяльник и припой (опционально) для надежного крепления
12. Аккумуляторная батарея низкой или средней мощности (для подзарядки)
13. Термоусадочные трубки для защиты проводов от тепла (необходимо)
14. 1х блокирующий диод, чтобы предотвратить обратную зарядку.
15. 2 алюминиевые банки (металлическая пластина)
16. Толстая медная проволока
17. Цифровой мультиметр

Все, что отмечено как опциональное, не обязательно к сборке термогенератора, но будет полезным, например корпус для аккумулятора и блокирующий диод.

Шаг 2: Конструирование

Построить корпус и тепловой генератор электричества довольно просто.

Во-первых, отрежьте от алюминиевых банок дно и крышку и разрежьте получившиеся куски пополам. Сложите 4 куска вместе и, прижав, вырежьте отверстия в углах для гаек. Прижмите листы гайками. Основа для устройства готова.

Если имеется термопаста, намажьте её на радиатор и основу, используя старую кредитку. Вам нужен квадрат размером с элемент Пельтье для выработки электричества. Поместите элемент Пельтье холодной стороной к радиатору, а горячей к алюминию. Проверить стороны можно подключив модуль к двум батареям 1.5v и потрогав каждую из сторон.

Нужно положить модуль между радиатором и алюминиевыми листами и немного вдавить в термопасту. Теперь, используя плоскогубцы, нужно обернуть медную проволоку вокруг выпирающих частей радиатора и под болтами на алюминиевой основе. Это соединит радиатор, основу и элемент Пельтье друг с другом. Основной блок сделан.

Шаг 3: Тестирование теплогенератора

Я использовал для теста термоэлектрического генераторного модуля одну маленькую свечку внутри оловянной банки, покрытой изоляционной лентой и подставку из металлического корпуса компьютерного вентилятора. В зависимости от количества тепла, мощность будет медленно подниматься и продолжать расти до заданного напряжения.

Также на эффективность влияет охлаждение радиатора, в холодный день радиатор будет остывать быстрее. К устройству могут быть подключены топливная или ракетная печь, этим можно заряжать аккумуляторы или электронные устройства.

На самом деле эта вещь не подходит для повседневного использования, поскольку элемент Пельтье рано или поздно сломается и сделает устройство неэффективным. В любом случае, оно может использоваться для получения электроэнергии в походе, при экстренных случаях и т. д.

Смотрите видео для тестов и показаний напряжения и скорости его подъема. Тест дома с питанием от свечки. Второй тест с маленькой печкой, в котором видно, что если непрерывно подавать топливо, то за 3-4 минуты можно зарядить батарею или две.

Шаг 4: Улучшения

Возможные следующие модернизации устройства:

1. Добавьте еще одну ячейку Пельтье чтобы удвоить выход напряжения.
2. Подключите Joule Thief или несколько для небольшого увеличения напряжения.
3. Используйте более качественные теплопроводные материалы, больший радиатор и более толстую алюминиевую или медную плиту в качестве основы.
4. Можно качественнее закрепить ячейку Пельтье при помощи медной проволоки или термопасты, что улучшит перенос тепла.
5. Используйте ракетную печь вместо открытых источников огня. Жар ракетных печей локализован, что будет эффективнее заряжать устройства.
6. Используйте несколько связанных друг с другом устройств, соединив их последовательно над источником огня, чтобы увеличить выход напряжения.
7. Можно улучшить термоизоляцию на проводах, фольге и изоляционной ленте (ракетные печи, как правило, немного плавят провода)
8. Сделать запас компонентов и деталей (если что-то сломается или прогорит, всегда можно будет починить устройство)

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Согласно мировой статистике, от общего числа выработанной электроэнергии, на ТЭС приходится более 60%. Как известно, для работы тепловых электростанций необходимо органическое топливо, запасы которого не бесконечны. Помимо того, положенный в основу техпроцесс не является экологически чистым. Но низкая стоимость оргтоплива и высокий КПД ТЭС, позволяет получать «дешевое» электричество, что оправдывает применение данной технологии. Выход из сложившейся ситуации – альтернативные источники энергии, к таковым относятся термоэлектрические генераторы (далее ТЭГ), о них и пойдет речь в этой статье.

Что такое термоэлектрический генератор?

Так принято называть устройство, позволяющее преобразовать тепловую энергию в электрическую. Следует уточнить, что термин «Тепловая» не совсем точен, поскольку тепло, это способ передачи, а не отдельный вид энергии. Под данным определением подразумевается общая кинетическая энергия молекул, атомов и других структурных элементов, из которых состоит вещество.

Несмотря на то, что на ТЭС сжигается топливо для получения электричества, ее нельзя отнести к ТЭГ. На таких станциях тепловая энергия вначале преобразуется в кинетическую, а она уже в электрическую. То есть, топливо сжигается для получения из воды пара, который вращает турбину электрического генератора.

Схема работы ТЭС

Исходя из выше изложенного, следует уточнить, что ТЕГ должен генерировать электроэнергию без промежуточных преобразований.

Принцип работы

В основе ТЭГ лежит термоэлектрическое явление, описанное в начале 20-х годов XIX века немецким ученым-физиком Томасом Иоганном Зеебеком. Он обнаружил появление ЭДС в цепи замкнутого типа, состоящей из проводника и сурьмы, при условии создания разности температур в местах, где эти материалы контактируют. Изображение устройства, при помощи которого был зафиксирован данный эффект, представлено ниже.

Обозначения:

• 1 – медный проводник.
• 2 – проводник из сурьмы.
• 3 – стрелка компаса.
• А и В – места контакта двух проводников.

При нагревании одного из контактов стрелка отклонялась, что свидетельствовало о наличии магнитного поля, вызванного ЭДС. При нагреве другого контакта, направление ЭДС менялось на противоположное. Соответственно, при разрыве цепи, можно зафиксировать разность потенциалов на ее концах.

Через 12 лет, после публикации Зеебеком результатов своих опытов, французским физиком Жаном Пельтье был обнаружен обратный эффект. Если через цепь термопары пропускать ток, то в местах контакта этих веществ возникает разность температур. Мы не будем приводить описание опыта Пельтье, а также данные по современным одноименным элементам, эту информацию можно найти на нашем сайте.

По сути, оба эти эффекта обратные стороны одного термоэлектрического явления, позволяющего напрямую получать электричество из тепловой энергии. Но, до открытия полупроводников, термоэлектрический эффект не находил практического применения, ввиду неприемлемо низкого КПД. Поднять его до 5% удалось только в середине пошлого века. К сожалению, даже у современных полупроводниковых элементов, этот показатель остается на уровне 8%-12%, что не позволяет рассматривать генераторы данного типа в качестве серьезных конкурентов ТЭС.

Современный элемент Пельтье с указанием размеров

Перспективы

В настоящее время продолжаются опыты по подбору оптимальных термопар, что позволит увеличить КПД. Проблема заключается в том, что под данные исследования затруднительно подвести теоретическую базу, поэтому приходится полагаться только на результаты экспериментов. Учитывая, что на эффект влияет процентное соотношение и состав сплавов материала для термопар, говорить о ближайших перспективах неблагодарное занятие.

Велика вероятность, что в ближайшее время для повышения добротности термоэлементов, разработчики перейдут на другой уровень изготовления сплава для термопар, с использованием нано-технологий, ям квантования и т. д.

Вполне возможно, что будет разработан совершенно иной принцип с использованием нетрадиционных материалов. В качестве примера можно привести эксперименты, проводимые в Калифорнийском университете, где для замены термопары использовалась искусственная синтезированная молекула, которая соединяла два золотых микро проводника.

Молекула вместо термопары

Первые опыты показали возможность реализации идеи, насколько она перспективна, покажет время.

Сфера применения и виды термоэлектрических генераторов

В виду низкого КПД для ТЭГ остается два варианта применения:

1. В местах, где недоступны другие источники электроэнергии.
2. В процессах, где имеется избыток тепла.

Приведем несколько примеров таких устройств.

Энергопечи

Данные, устройства, совмещающие в себе следующие функции:

• Варочной поверхности.
• Обогревателя.
• Источника электроэнергии.

Это прекрасный образец, объединяющий все оба варианта применения.

Индигирка – три в одном

У представленной на рисунке энергопечи следующие параметры:

• Вес – чуть больше 50 килограмм (без учета топлива).
• Размеры: 65х43х54 см (с разобранным дымоходом).
• Оптимальная загрузка оргтоплива – 30 литров. Допускается использование лиственной древесины, торфа, бурового (не каменного!) угля.
• Средняя тепловая мощность устройства около 4,5 кВт.
• Мощность электронагрузки от 45-50 Вт.
• Стабилизированное постоянное напряжение на выходе – 12 В.

Как видите, эти параметры вполне приемлемы для условий, где нет электричества, отопления и газа. Что касается небольшой электрической мощности, то ее вполне достаточно для зарядки мобильных устройств или питания других гаджетов, через адаптер от автомобильного прикуривателя.

Радиоизотопные ТЭГ

В качестве источника тепла для ТЭГ может выступать тепловая энергия, выделяющаяся в процессе распада нестабильных элементов. Такие источники называют радиоизотопными. Основное их преимущество заключается в том, что не требуется постоянная загрузка топлива. Недостаток – необходимость установки защиты от ионизирующего излучения, невозможность перезаправки топлива и необходимость утилизации.

Срок эксплуатации таких источников напрямую зависит от периода полураспада вещества, используемого в качестве топлива. К последнему предъявляется следующий ряд требований:

• Высокий коэффициент объемной активности, то есть небольшое количество вещества должно обеспечивать нужный уровень выделения энергии.
• Поддержка необходимого уровня мощности в течение длительного времени. На этот параметр отвечает, как было отмечено выше, влияет период полураспада, например у стронция-90 он 29 лет, следовательно, источник через это время потеряет половину своей мощности.
• Ионизирующее излучение должно быть удобным для утилизации, то есть в нем должны преобладать α-частицы.
• Необходимый уровень безопасности. То есть ионизирующее излучение не должно нанести вред экологии (в случае эксплуатации на земле) и питающемуся от такого источника оборудованию.

Таким критериям отвечают изотопы кюрия-244, плутония-238 и упоминавшийся выше стронций-90.

Сфера применения РИТЕГ

Несмотря на серьезные требования к таким источникам, сфера их применения довольно разнообразна, они используются как в космосе, так и на земле. Ниже на фото, изображен РИТЕГ, работавший на космическом аппарате Кассини. В качестве топлива использовался изотоп плутония-238. Период полураспада этого элемента чуть больше 87 лет. Под конец 20-ти летней мисси источник вырабатывал 650 Вт электроэнергии.

Радиоизотопное «сердце» Кассини

Кассини была приведена в качестве примера, а на счет массовости можно констатировать, что, практически, все КА для электропитания оборудования используют РИТЕГ. К сожалению, характеристики радиоизотопных источников энергии космических аппаратов, как правило, не публикуются.

На земле ситуация приблизительно такая же. Технология РИТЕГ как бы известна, но ее детали относятся к закрытой информации. Достоверно известно, что такие установки применяются в качестве источника питания навигационного оборудования в местности, где по техническим причинам невозможно получать электроэнергию другим способом. То есть, речь идет о труднодоступных регионах.

К сожалению, такие источники не самая подходящая альтернатива ТЭС с экологической точки зрения.

РИТЕГ поднятый с 14-митровой глубины возле Сахалина

Как сделать термоэлектрический генератор своими руками?

В завершении расскажем, как сделать ТЕГ, которым можно пользоваться в турпоходе, на охоте или рыбалке. Естественно, мощность таких устройств будет уступать радиоизотопным генераторам энергии, но ввиду труднодоступности плутония, и его неприятным свойством наносить вред человеческому организму придется довольствоваться малым.

Нам понадобится термоэлектрический элемент, например, ТЕС1 12710. Желательно использовать несколько элементов, подключенных параллельно, для увеличения мощности. К сожалению, тут есть очень серьезный нюанс, потребуется подобрать элементы со сходными параметрами, что у китайской продукции практически не реально, а использовать брендовую дорого, проще купить готовый генератор. Если использовать один модуль Пельте, то его мощности едва хватит для зарядки телефона или другого гаджета. Нам также понадобится металлический корпус, например, отслужившего блока питания ПК и радиатор от процессора.

Основные моменты сборки:

Наносим на корпус термопасту в месте, где будет крепиться термоэлектрический элемент, прислоняем его и фиксируем радиатором. В результате у нас получается конструкция, как на нижнем рисунке.

Туристический ТЭГ

В качестве топлива лучше всего использовать «сухой спирт».

Теперь необходимо подключить к нашему источнику стабилизатор напряжения (схему можно найти на нашем сайте или в других тематических источниках).

Конструкция готова, можно приступать к проверке.

Итак, я собрал его! Правда нужно заменить плату умножителя на выходе, 4 элемента пельте не дают полный usb вольтаж.

Регистрируемся тут и покупаем з 5 долларов элемент ТЕС1-12706. А лучше подороже помощнее сразу..за 20 баксов

Соотношение примерно 7:1 (потребляемая электрическая мощность : генерируемая электрическая мощность)

Мощность нагрева, Вт	Ток элемента Пельтье, А	Напряжение на элементе Пельтье, В	Мощность элемента Пельтье, Вт	КПД, %	∆T, °С	Эффективность, мВт/°С	Удельная эффективность, Вт/(°С*кг)
45,2	0,134	1,94	0,26	0,567	60	4,333	0,173
	0,253	1,57	0,397	0,879	62	6,403	0,256
	0,501	0,67	0,336	0,744	63	5,333	0,213
	0,603	0,26	0,157	0,348	62	2,532	0,101
63,8	0,135	2,61	0,352	0,551	78	4,513	0,181
	0,253	2,41	0,61	0,956	83	7,349	0,294
	0,503	1,55	0,78	1,222	85	9,176	0,367
	0,798	0,35	0,279	0,437	85	3,282	0,131
99,9	0,134	3,88	0,52	0,521	108	4,815	0,193
	0,254	3,48	0,884	0,885	121	7,306	0,292
	0,499	2,45	1,223	1,224	126	9,706	0,388
	0,907	0,4	0,363	0,363	126	2,881	0,115

Мощность нагрева, Вт	Ток элемента Пельтье, А	Напряжение на элементе Пельтье, В	Мощность элемента Пельтье, Вт	КПД, %	∆T, °С	Эффективность, мВт/°С	Удельная эффективность, Вт/(°С*кг)
61,9	0,135	2,05	0,277	0,448	58	4,776	0,217
	0,25	1,76	0,44	0,711	56	7,857	0,357
	0,5	1,1	0,55	0,889	50	11	0,5
	0,904	0,47	0,425	0,687	53	8,019	0,364
80,9	0,136	2,7	0,367	0,454	76	4,829	0,219
	0,254	2,39	0,607	0,751	73	8,315	0,378
	0,495	1,78	0,881	1,09	70	12,586	0,572
	1,076	0,55	0,592	0,732	66	8,97	0,408
99,0	0,134	3,26	0,437	0,441	92	4,75	0,216
	0,259	2,94	0,761	0,769	89	8,551	0,389
	0,516	2,2	1,135	1,147	83	13,675	0,622
	1,243	0,73	0,907	0,916	82	11,061	0,503

Красным я выделил те параметры, которые вы получите на выходе…

Цитата: близкое к реальности значение- два модуля выдавали 4…6 Вт. Чтобы с помощью одного модуля получить 10 Вт*ч энергии, надо чтобы генератор работал 10 ÷ 2,8 = 3,57 ч, а для 14 Вт*ч – 5 часов.

В итоге планирую от двух модулей получить 5 вольт 1 ампер! Но это при условии 50 градусов на холодной, 250 на горячей.
Думаю это аналог http://www.tellurex.com/pdf/G2-40-0313-Specifications.pdf
Взято отсюда http://inerton.ucoz.ru/publ/ehlektronika/dc_dc_preobrazovateli/generator_na_ehlemente_pelte/16-1-0-30

Примеры промышленных установок http://espressomilkcooler.com/thermoelectric-power-generator-systems-for-sale/ на 50ватт
Интересный http://www.tellurex.com/pdf/G2-56-0375-Specifications.pdf 4 вольта 3 ампера , сто баксов
– скорее всего на таком модуле сделан
http://thermoelectric-generator.com/wp-content/uploads/2013/03/SpecTEG1-12611-6.0Thermoelectric-generator1.pdf TEG1-12611-6.0 14 Watt = 4V 3 A (75$)
Думаю и это аналог (57 ватт выработка, 400 выдает тепла) http://www.aliexpress.com/item/Free-Shipping-Brand-New-400W-26A-Thermoelectric-Cooler-Peltier-Plate-TEC-Guaranteed-100/473760336.html 24 бакса!

И вот таблица всех китайских элементов, смотрим на максимальные ватты

TEC1-12708T12586779.150×50×4.50TEC1-12714T1251467123.550×50×3.90TEC1-12724T1252467226.150×50×3.100.48TEC1-12727T12516276931562×62×3.400.45TEC1-12730T12516306934562×62×3.350.4075g(weight)69g(weight)TEC1-19928T125286840062×62×3.30TEC1-19903T125199243.5685040x40x4.40TEC1-19904T1254686040x40x4.20TEC1-19905T1255688040x40x4.151.10TEC1-19906T1256689040x40x4.01068.50158.1240x40x3.401.65-1.67TEC1-19913T125136721540×40×3.20TEC1-19915T12515.56722540×40×3.10TEC1-24115T125156829062×62×3.90TEC1-24118T125186834062×62×3.70TEC1-28706T125

http://www.ebay.com/itm/Gigantic-62mm-545-Watt-Thermoelectric-Peltier-Cooler-/310135040904?pt=US_CPU_Fans_Heatsinks&hash=item48357d2b88 545 Watt Thermoelectric Peltier Cooler US $39.99

взято тут http://menshikov-y.narod.ru/PODELKI/FOR_POXOD/Generator.htm

еще красивого http://www.instructables.com/id/Emergency-LED-powered-by-Fire/

Solution:
With lots of testing and experimenting I come to the conclusion I would need a powerful TEG-module. I have previously used a cheap TEC-module (8€) but it only produce about 0.5W and too low voltage and max temperature. I could use several of them but it will be a more complicated and heat limited construction. I found a 40x40mm TEG that produce 5.9W (4.2V/1.4A) at 180ºC difference.

на 400 ваттном модуле вроде

Heat source: 6x свечек
Usage: Power LED
Output power (excluding cooling fan @ 30% speed): 0.44W

Heat source: gas burner/stove
Usage: Charge iPhone 4s
Input power (TEG output): 3.2W
Output power (excluding cooling fan, 0.7W): 4.5V@400mA => 1.8W
Efficiency: 2.5/3.2 = 78%
Temp (approx): 270ºC hot side and 120ºC cold side (150ºC difference)
Comment: Only run shorter periods

Электричество от свечки

В 1821 г. немецкий физик Томас Иоганн Зеебек обнаружил, что в замкнутой электрической цепи, состоящей из последовательно соединённых к разнородных проводников, контакты которых находятся при различных температурах, возникает электрический ток. А в 1834 г. французский физик Жан Пельтье открыл обратимость этого явления. Оказалось, что при протекании постоянного электрического тока через подобную цепь места соединения проводников охлаждаются или нагреваются в зависимости от направления тока. С тех пор этот эффект, а также термоэлемент, созданный на его основе, называют по фамилиям первооткрывателей.

Эффективность термопары Пельтье-Зеебека с применением полупроводни­ков возросла до такой степени, что в XX веке их стали широко использовать как для генерации электричества, так и в холодильной технике.

Сегодня единичным элементом Пельтье-Зеебека является пара соеди­нённых медной пластиной полупрово­дников, один из которых — с типом про­водимости р, а другой — с n-проводимостью. Сборку из включён­ных последовательно элементов (рис. 1) вклеивают между керамическими пла­стинами.

Однажды мне попалась интересная информация о портативном термогене­раторе, которым пользовались партиза­ны для питания радиостанций во время Великой Отечественной войны.

Оказывается, наша оборонка ещё до войны начала выпу­скать термоэлектро­генераторы, принцип работы которых был основан на эффекте Зеебека. Генератор одевали на стекло керосиновой лампы, и он вырабатывал электричество, которого хватало для питания лампового приём­ника или передатчика. По легенде, немецкая служба контрразведки очень удивлялась, откуда партизаны берут электричество в лесу для такой долгой работы своих раций.

Моя дача находится в дальнем Подмосковье, где очень часто отключают электричество. Особенно грустно дела обстояли этой зимой. Я, как «партизан в немецком тылу», сидел на даче без света, лишь тёща жгла керосинку. При свете тёщиной керосинки в моей голове и всплыла эта легенда, а затем появилась мысль поэкспериментировать с элемен­том Пельтье-Зеебека как источником электричества. Производит их в Питере отечественная фирма «Криотерм». Такие элементы применяют в офисных кулле-рах и для охлаждения компьютерных процессоров, а также в автомобильных холодильниках. В ассортименте имеются и электрогенераторные модули. Такой модуль размерами 40×40 мм даёт (по паспорту) около 5 В при разнице темпе­ратур в 100°С. Причём, отбираемый ток может быть более 300 мА. Их в Москве можно приобрести на Митинском радио­рынке в магазине «Чип и Дип».

Мною были куплены два охладителя ТВ 127-1,4-1,5 6.1 А, лист дюралюминия раз­мерами 400x300x3 мм и термоклей, выдер­живающий нагрев до 300°С (фото 2). Первый элемент я приклеил на алюминие­вую подложку (фото 3). На подложку был приклеен и второй элемент. С первым он был соединён последовательно. Нагревать их выше 200°С не имело смысла.

Первый испытательный стенд я собрал из подставки под чайник, алюминиевого ковшика и свечки. В ковшик налил холодную воду и наскрёб туда льда из морозилки. После поджига свечки напря­жение поползло вверх и через несколько минут достигло 1,36 В. Этого не хватит даже для зарядки мобильного телефона (фото 4).

Стало понятно, что нужно поднять тем­пературу и собрать повышающий напря­жение преобразователь.

На отечественной микросхеме КР1446ПН1 при желании можно собрать такой преобразователь, но я же заказал готовый DC-DC 1.5В/5В ЕК-1674 модуль преобразователя в интернет-магазине «Платан». Схема преобразователя и его внешний вид представлены на рис.2 и фото 5.

Преобразователь я припаял к термо­сборке, а к выходу преобразователя затем был припаян штекер от зарядного устройства телефона «НОКИА» (фото 6). Что интересно, прежде чем отрезать штекер от зарядника, я замерил на нём напряжение, которое он выдавал при питании от сети. Результат меня слегка удивил: зарядник выдавал 8,2 В, я же планировал заряжать телефон 5 В, которые по моим расчётам преобразователь должен был выдать на выходе при пита­нии от термогенератора. Эксперимент мог закончиться неудачей.

В качестве нагревателя использовал «сухой спирт», помещённый в импрови­зированную печь, которую я сделал из подходящей жестяной банки (фото 7) . На банку установил сборку из термоэле­ментов, на неё поставил кофейник с холодной водой. Мультиметр практиче­ски сразу показал напряжение 4,96 В (фото 8). Преобразователь работал ста­бильно. При подключении телефона поя­вился индикатор зарядки — телефон стал заряжаться (фото 9). Но «сухой спирт» давал очень сильный жар, и сборка «поплыла» — контакт отпаялся вместе с одним из элементов сборки (фото 10).

Пришлось в фирме «ДЕК» покупать аналог сожжённых в первом экспери­менте элементов. Сборка ТЕС1-12712 размерами 62×62 мм по площади оказа­лась приблизительно в два раза больше (фото 11), следовательно и ток она должна выдавать больший. Под новый элемент был на базаре куплен новый ковшик. Продавец гарантировал, что его дно — идеально ровное. Элемент при­клеил на дюралевую пластину, а затем ко дну ковшика.

Нагревать полученный генератор я решил осторожно, одной свечкой. Первые замеры напряжения на выходе показали, что напряжение на нём «раз­гоняется» до 1,5 В. К генератору через преобразователь подключил сотовый телефон, который бодренько начал заря­жаться, хотя после подключения напря­жение на выходе преобразователя упало с 4,95 В до 3,95-4 В. Но индикатор заряд­ки телефона показывал, что тот продол­жает заряжаться.

Экспериментировать с телефоном мне быстро надоело. Стало понятно, что современные «партизаны» легко смогут зарядить сотовый в лесу от свечки.

Следующим развлечением стала инте­грация открытого в XIX веке термоэлек­трического преобразователя с техноло­гией освещения XXI века. К генератору был подключён мощный светодиод, потребляющий 1 Вт. Такие диоды появи­лись на рынке по доступным ценам не более года назад. Обычная свечка была заменена на толстую и «долгоиграю­щую». В магазине «Икея» мне на глаза попалась именно такая. Больше всего мне понравилось то, что она продава­лась в стеклянном стакане. Оставалось поставить ковшик с генератором на этот стакан — и все дела. Думать о подставке не надо (фото 12).

«Прожектор» загорелся не сразу — минуты через три после того, как я зажёг мегасвечу. При дневном свете казалось, что диод светил не очень ярко (фото 13). Пришлось дождаться темноты. Запустил опять тепловой фонарь, вроде он начал светить ярче. Вот тут-то мне под руку и попался экспонометр (измеритель осве­щённости для фотографов). Замерить им освещённость, которую давал «прожек­тор», было делом пары минут (фото 14) Фонарь «на свечке» давал освещённость около 30 люксов на расстоянии 30 см.

Было сделано несколько замеров. Под фонарём сохранялась стабильная освещённость от 16 до 30 люксов. То есть при его свете можно было читать. А световой поток по моим прикидкам соответство­вал потоку 10-ваттной лампы накалива­ния. Получалось, что тепло, которое давала свечка, преобразовалось в излу­чение видимого спектра интенсивностью минимум в 10 раз больше, чем излучение от самой свечи, которое, впрочем, тоже вносит свою долю в освещение при работе термогенератора. И это при кпд элемента Пельтье всего в 2-3%.

Таким образом, эксперименты показа­ли, что тепла свечи вполне достаточно, чтобы с помощью сборки элементов Пельтье-Зеебека и преобразователя напря­жения подзарядить сото­вый телефон в походных условиях, а в случае необходимости и собрать фонарь на светодиоде, яркость которого гораздо больше, чем свечи. И этого света вполне доста­точно для чтения даже в тёмной землянке или на подмосковной даче.

Источник: Сам 6’2011
Автор: Юрий СМИРНОВ
Фото: Екатерины Смирновой

4 / 5 ( 89 голосов )

Создание схемы термоэлектрического генератора (ТЭГ)

Термоэлектрический генератор (ТЭГ) — это своего рода «устройство свободной энергии», которое имеет свойство преобразовывать температуру в электричество. В этом посте мы немного узнаем об этой концепции и узнаем, как мы можем использовать ее для выработки электроэнергии из тепла и холода.

Что такое ТЭГ

В одной из своих предыдущих статей я уже объяснял аналогичную концепцию, касающуюся создания небольшого холодильника с использованием устройства Пельтье

Устройство Пельтье также в основном является ТЭГ, предназначенным для выработки электричества из разницы температур.Термоэлектрическое устройство очень похоже на термопару, единственная разница заключается в составе двух аналогов.

В ТЭГ для эффекта используются два разных полупроводниковых материала (p-n), тогда как термопара работает с двумя разнородными металлами для одного и того же, хотя для термопары может потребоваться значительно большая разница температур по сравнению с меньшей версией ТЭГ.

Также широко известный как эффект Зеебека, он позволяет ТЭГ-устройству инициировать выработку электричества при воздействии разницы температур на его оборотных сторонах.Это происходит из-за специально сконфигурированной внутренней структуры устройства, в которой для процесса используется пара легированных полупроводников p и n.

Эффект Зеебека

В соответствии с принципом Зеебека, когда два полупроводниковых материала подвергаются воздействию двух экстремальных температурных уровней, инициирует движение электронов через p-n-переход, что приводит к развитию разности потенциалов на внешних выводах материалов.

Несмотря на то, что концепция кажется удивительной, все хорошие вещи имеют свойственный недостаток, и в этом смысле они также являются тем, что делает их относительно неэффективными.

Необходимость экстремальной разницы температур на двух сторонах становится самой сложной частью системы, потому что нагрев одной из сторон также означает, что другая сторона также нагреется, что в конечном итоге приведет к нулевому электричеству и повреждению ТЭГ. устройство.

Чтобы обеспечить оптимальный отклик и инициировать поток электронов, один полупроводниковый материал внутри ТЭГ должен быть горячим, и одновременно другой полупроводник необходимо держать в стороне от этого тепла, обеспечивая надлежащее охлаждение со стороны противодействия.Эта критичность делает концепцию немного неуклюжей и неэффективной.

Тем не менее, концепция ТЭГ является чем-то эксклюзивным и неосуществимым до сих пор с использованием какой-либо другой системы, и эта уникальность этой концепции делает ее очень интересной и с которой стоит поэкспериментировать.

Схема ТЭГ с использованием выпрямительных диодов

Я пытался спроектировать схему ТЭГ с использованием обычных диодов, хотя я не уверен, будет ли она работать или нет, я надеюсь, что с этой установкой могут быть достигнуты некоторые положительные результаты, и она имеет область применения для улучшения.

На рисунках мы видим простую диодную сборку, зажатую радиаторами. Это диоды типа 6A4, я выбрал эти более крупные диоды, чтобы получить большую площадь поверхности и лучшую проводимость.

Диод 6A4

Простая схема термоэлектрического генератора, показанная выше, может быть использована для выработки электричества из отходящего тепла путем соответствующего применения необходимой степени разницы тепла между указанными теплопроводными пластинами.

На рисунке справа показано множество диодов, соединенных последовательно и параллельно для достижения более высокого КПД и пропорционально большего накопления разности потенциалов на выходе.

Зачем использовать диод для изготовления TEG

Я предположил, что диоды подойдут для этого приложения, поскольку диоды являются основными полупроводниковыми элементами, состоящими из легированного материала p-n, встроенного в их два оконечных вывода.

Это также означает, что два конца специально состоят из различных материалов, что облегчает применение температуры отдельно от двух противоположных концов.

Многие такие модули могут быть построены и соединены последовательно и параллельно для достижения более высоких коэффициентов преобразования, и это приложение может быть реализовано также с использованием солнечного тепла. Сторона, которую необходимо охладить, может быть достигнута за счет воздушного охлаждения или за счет улучшенного испарительного воздушного охлаждения из атмосферы для увеличения коэффициента полезного действия.

Строю свой собственный термоэлектрический генератор! | Орион Харбалл

Наш мир тонет в неэффективности … Даже в открытом космосе, где он менее устойчив, энергия тратится впустую! Большая часть этой ненужной энергии находится в форме тепла.Но это тепло можно превратить во что-то полезное, облегчая человечеству освоение космоса.

Сначала прочтите эту статью, чтобы понять основы TEG и некоторые способы их использования:

https://medium.com/@orion.bob.h/creating-light-on-a- martian-night-d7cb2d0e01fa

Итак, мы знаем, что исследование космоса должно быть максимально эффективным. Мы не можем где-нибудь остановиться, чтобы получить больше топлива или больше энергии. Поэтому очень важно выжать из окружающей среды как можно больше энергии!

Несколько областей, в которых, по моему мнению, ТЭГ все еще могут влиять на освоение космоса:

• Создание скафандров легче и устойчивее.
• Сбор отработанного тепла от электронных компонентов внутри космического корабля.
• Облегчение ракетных двигателей. (Больше всего в восторге от этого!)

Итак, давайте поработаем с модулями Пельтье, чтобы продемонстрировать осуществимость этих идей.

Мой процесс:

Используя модули Пельтье, я определяю количество получаемой энергии от двух источников тепла. Один источник невероятно мал, а другой невероятно велик. Модули, которые я использую, могут собирать только примерно 2–3% энергии, производимой за счет тепла, но есть более эффективные устройства для сбора избыточной тепловой энергии.Мы также можем повысить эффективность наших более дешевых запчастей, добавив различные охлаждающие устройства, которые есть во многих кондиционерах космического класса.

Конечная цель:

Создайте устройство, которое не просто доказывает эффективность выработки электричества из-за разницы температур, но и имеет практическое применение в реальном мире (легкое / в некоторой степени надежное). Итак, давайте попробуем выработать достаточно электричества для питания того, что вы все время носите с собой, например, вашего смартфона.

Несколько примечательных материалов:

• Цифровой мультиметр — Устройство, которое мы будем использовать для регистрации всех наших данных о производстве энергии.
• ДЕШЕВЫЕ модули Пельтье — устройства, которые будут использоваться для выработки небольшого количества электроэнергии в зависимости от разницы температур. Просто запомните слово ДЕШЕВО.
• Радиаторы — алюминиевые детали, которые занимают большую площадь поверхности в ограниченном пространстве, что значительно упрощает охлаждение.
• Вода — хранится в резервуарах, прикрепленных к устройствам для их охлаждения.
• Свечи — основной источник тепла наших приборов.
• My Arms — Еще один хороший источник тепла для наших устройств.
• Металлические контейнеры для хранения — подходят для хранения воды в одном месте.

Нормальная температура человеческого тела составляет 98,6 градусов по Фаренгейту, но температура вне человеческого тела может быть намного ниже. Температура в помещении, где люди чувствуют себя наиболее комфортно, примерно на 20 градусов ниже. Я собираюсь использовать эту информацию, чтобы генерировать полезное электричество из своего тела и температуры в моем доме.

Выделите материал, использованный в эксперименте: Радиаторы

Радиаторы предназначены для отвода как можно большего количества тепла с потоком воздуха. В конструкции используется вентиляционная поверхность с множеством ребер, предназначенных для улавливания даже самого легкого ветра. Поток воздуха охлаждает ребра, которые, в свою очередь, охлаждают поверхность, на которой установлен радиатор.

Тест на нагрев тела № 1: без радиатора

Вот график, показывающий электричество, выработанное за час. Помните, что оно выражено в милливольтах! (1000 Милливольт = 1 Вольт)

Модуль Пельтье без алюминиевого радиатора… Довольно жалко.

Без алюминиевого радиатора один пустой модуль Пельтье может генерировать только 20 милливольт при макс. 20 милливольт — это всего лишь 1/50 одного вольта. Это означает, что мне понадобится как минимум 250 из них для зарядки моего смартфона (5 вольт)!

Body Heat Test # 2: с радиатором

Вот увеличенное количество энергии на выходе с радиаторами, прикрепленными к модулям Пельтье:

Модуль Пельтье с алюминиевым радиатором… Намного лучше, в 2 раза эффективнее!

Модуль сделал поверхность намного холоднее, дав нам вдвое больше энергии! 40 милливольт тоже не много, мне еще нужно 125, чтобы зарядить смартфон.

Почему модули Пельтье такие неэффективные:

Когда вы читали статью, упомянутую по ссылке выше, я говорил об эффекте Пельтье, идее использования электричества для создания разницы температур. Этот эффект противоположен генерированию энергии, поэтому эти модули значительно менее эффективны, чем модули, предназначенные для выработки электроэнергии.

Где мы можем получить более эффективные термоэлектрические модули?

Эти модули могут быть значительно дороже, и их труднее найти.Модули, используемые в генераторе радиационного охлаждения неба Aaswath Raman , стоят в 10 раз больше (20 долларов каждый), чем модули, которые я купил (2 доллара каждый).

Больше тепла, больше эффективности:

Некоторые из наиболее эффективных модулей ТЭГ предназначены для сбора большего количества энергии из-за сильной жары. Лучшими примерами являются ТЭГ, обнаруженные в РИТЭГах НАСА, где температура превышает 1000 градусов по Фаренгейту. Устройства, собирающие здесь энергию, имеют КПД почти 10%!

Используя гораздо больший источник тепла, я попытаюсь получить как можно больше энергии от этих низкокачественных модулей Пельтье.Эффективность по-прежнему имеет значение, так как нам нужно поддерживать разницу температур в течение длительного периода времени, поэтому нам нужно сохранять одну сторону как можно более прохладной.

Тестирование «The Waters» XD…

Я купил большую упаковку TEG, но я не хочу тратить их все на один проект (они хрупкие, КАК HECK.), Поэтому давайте попробуем использовать Некоторые из наших модулей посвящены нескольким различным методам сохранения эффективности.

Выделите материалы в этом эксперименте:

Cool Liquids…

Поперечное сечение систем охлаждения, используемых на МКС.

Для многих хрупких электронных устройств жидкостное охлаждение очень важно, поскольку температура может варьироваться от очень высокой до абсолютного нуля. Особенно в отделении жизнеобеспечения, поскольку температура должна быть стабильной, чтобы поддерживать наших отважных космонавтов. Например, на космической станции жидкий аммиак используется для излучения избыточного тепла, пропускающего его через затененные участки космической станции. Теперь у меня нет жидкого аммиака, поэтому вода — лучшее, что вам нужно!

Испытание свечей №1: вода против. Алюминиевый радиатор

Теперь мы проверяем жидкостное охлаждение на всемогущем алюминиевом радиаторе! Кто победит? Давайте посмотрим на результаты, записанные моим надежным мультиметром.

Радиационное охлаждение… Какая жалость.

Радиационное охлаждение потребляет в 10 раз больше энергии, чем раньше! Оно превышает 1/2 вольта, теперь нам понадобится всего 12 из них, чтобы зарядить смартфон. (Намного лучше, чем 125, представьте, что тащите это в космос! 😲)

А теперь о воде…

Ого, вода, вы отлично выглядите!

О боже! Что ж, вода однозначно выдувает алюминий ИЗ ВОДЫ 😆. Жидкий хладагент почти в два раза эффективнее сохраняет нашу поверхность достаточно прохладной для выработки электричества … Это означает, что нам нужно всего 6–7 модулей для выработки энергии, достаточной для зарядки смартфона.

Где сияет жидкая охлаждающая жидкость:

Жидкую охлаждающую жидкость на космической станции можно легко заменить, если на борту есть что-то для этого! Но если аппарат находится в космосе сам по себе, ему не поможет, если кулер сломается.

Где сияет алюминий:

Алюминий не имеет движущихся частей, поэтому он может прослужить намного дольше в вакууме космоса. Радиатор, вероятно, никогда не придется заменять в течение всего срока службы космического корабля, поэтому большинство зондов для исследования дальнего космоса используют ребра для охлаждения своих термоэлектрических генераторов.

Теперь мы впадаем в крайности, используя большие перепады температур для выработки как можно большего количества электроэнергии. (Для выработки вашего смартфона стоимостью 😁 ) .

Выводы из предыдущих испытаний:

Мы знаем, что один модуль с водой может генерировать большое количество энергии, мы также знаем, что алюминиевые ребра могут распределять тепло по большей площади поверхности.

Итак, давайте объединим эти две идеи в генератор…

Один модуль может генерировать едва ли 1 вольт, а нам нужно минимум 5 вольт для зарядки сотового телефона.Итак, я начинаю с шести модулей, чтобы перестраховаться с потребностью в энергии, прежде чем мне, возможно, придется добавлять больше…

Набор модулей помещается под коробку с рождественским печеньем, внутри банки находится наш жидкий хладагент. Для обогрева все устройство было помещено над набором маленьких свечей, по одной на каждый модуль. С шестью свечами и водой я был готов записать еще несколько данных о производстве энергии…

Мощное устройство могло генерировать большое количество энергии в течение часа.Но со временем устройство постепенно теряет мощность, поскольку вода начинает нагреваться.

НО У НАС ДОСТАТОЧНО ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЗАРЯДКИ ТЕЛЕФОНА !!!

Итак … Как все это применимо к идеям, о которых я говорил ранее?

Космические костюмы:

Поскольку человеческое тело постоянно выделяет тепло, почему бы не попробовать использовать его, как я делал раньше? Что ж, исследовательская группа Канзасского университета изучала возможность использования термоэлектрической технологии для питания скафандров будущих космонавтов.

Устройство используется для считывания показателей жизненно важных функций и выработки электроэнергии в Университете штата Канзас.

Отработанное тепло:

Каждое трудолюбивое электронное устройство выделяет отработанное тепло даже в космосе! Это тепло необходимо отводить через различные системы вентиляции, чтобы предотвратить перегрев. Во время миссий с участием человека, когда экономия энергии имеет решающее значение для выживания, термоэлектрические устройства могут собирать ненужную энергию, чтобы сделать миссию намного более простой задачей.

Марсоход «Оппортьюнити» питался исключительно от солнечной энергии и умер от недостатка энергии, возможно, его можно было спасти с помощью TEG!

Ракетные двигатели:

Ракета Rocket Lab «Электрон» использует устройство, называемое турбонасосом, чтобы топливо и окислитель могли быстро объединяться в двигателях.Турбонасос питается от аккумулятора, что позволяет двигателю быть более простым по конструкции. Поскольку компания хочет инвестировать в возможность повторного использования, почему бы не использовать термоэлектрические устройства, чтобы уменьшить размер батареи и увеличить продолжительность работы? Тепло от сопла ракеты при выстреле излучает много тепловой энергии.

Двигатель Резерфорда от Rocketlab.

термоэлектрических печей: отказаться от солнечных батарей?

Иллюстрация: Диего Мармолехо.

Если 2000-летняя ветряная мельница является предшественником сегодняшних ветряных турбин, то камин и дровяная печь — еще более старые предшественники сегодняшних солнечных батарей.Как и солнечные батареи, деревья и другие растения превращают солнечный свет в полезный источник энергии для человека. На протяжении всей истории сжигание древесины и другой биомассы обеспечивало домашние хозяйства тепловой энергией, которая использовалась для приготовления пищи, отопления, стирки и освещения.

Фотосинтез также лежал в основе всех исторических источников механической энергии: он служил топливом для энергии человека и животных, а также строительными материалами для водяных и ветряных мельниц. Ни старомодная ветряная мельница, ни старинная дровяная печь не производили электричества, но и то, и другое легко приспособить для этого.Достаточно подключить электрогенератор к ветряной мельнице, а термоэлектрический генератор — к дровяной печи.

Термоэлектрический генератор

Термоэлектрические генераторы (или «TEGS») очень похожи на «фотоэлектрические» генераторы, которые мы теперь называем «фотоэлектрическими» генераторами или солнечными фотоэлементами. Фотоэлектрический генератор преобразует свет непосредственно в электричество, а термоэлектрический генератор преобразует тепло непосредственно в электричество.

Термоэлектрический генератор состоит из ряда полупроводниковых элементов в форме слитков, которые последовательно соединены металлическими полосами и зажаты между двумя электрически изолирующими, но теплопроводными керамическими пластинами, образуя очень компактный модуль. ^{Они коммерчески доступны от таких производителей, как Hi-Z, Tellurex, Thermalforce и Thermomanic.}

Термоэлектрический модуль. Изображение: Gerardtv (CC BY-SA 3.0)

Термоэлектрический модуль. Изображение использовано с разрешения Applied Thermoelectric Solutions LLC, How Thermoelectric Generators Work.

Прикрепите термоэлектрический модуль к поверхности дровяной печи, и он будет производить электричество всякий раз, когда печь используется для приготовления пищи, обогрева помещений или нагрева воды.В экспериментах и ​​прототипах, которые более подробно описаны ниже, выходная мощность на модуль варьируется от 3 до 19 Вт.

Как и в случае с солнечными панелями, модули можно соединять параллельно и последовательно для получения любого необходимого напряжения и мощности — по крайней мере, до тех пор, пока остается поверхность печи. Как и в случае с солнечными панелями, электрический ток, который вырабатывается термоэлектрическим модулем (модулями), регулируется контроллером заряда и сохраняется в батарее, так что мощность также доступна, когда печь не используется.Термоэлектрическая плита обычно сочетается с низковольтными приборами постоянного тока, что позволяет избежать потерь преобразования при использовании инвертора.

Термоэлектрические печи могут применяться во многих частях мира. Большинство исследований нацелено на глобальный Юг, где около 3000 миллионов человек (40% населения мира) полагаются на сжигание биомассы для приготовления пищи и нагрева воды для бытовых нужд. Некоторые из этих домохозяйств также используют печь или камин для освещения (1300 миллионов человек не имеют доступа к электричеству) и для обогрева помещений в течение определенного периода времени.Однако есть также исследования, нацеленные на домохозяйства в индустриальных обществах, где печи и горелки на биомассе стали популярнее, особенно за пределами городов.

100% КПД

С тех пор, как термоэлектрический эффект был впервые описан Томасом Зеебеком в 1821 году, термоэлектрические генераторы были печально известны своей низкой эффективностью в преобразовании тепла в электричество. ^{Сегодня электрический КПД термоэлектрических модулей составляет всего около 5-6%, что примерно в три раза ниже, чем у наиболее часто используемых солнечных фотоэлектрических панелей.}

Однако в сочетании с плитой электрический КПД термоэлектрического модуля не имеет большого значения. Если эффективность модуля в преобразовании тепла в электричество составляет всего 5%, остальные 95% снова вырабатываются в виде тепла. Если печь используется для отопления помещений, это тепло нельзя рассматривать как потерю энергии, потому что оно по-прежнему способствует своему первоначальному назначению. Общий КПД системы (тепло + электричество) близок к 100% — энергия не теряется. При соответствующей конструкции печи тепло от преобразования электроэнергии также можно повторно использовать для приготовления пищи или нагрева воды для бытового потребления.

Надежнее солнечных панелей

Термоэлектрические модули

обладают многими преимуществами солнечных панелей: они модульные, не требуют значительного обслуживания, у них нет движущихся частей, они работают бесшумно и имеют большой ожидаемый срок службы. ^{Однако термоэлектрические модули также обладают интересными преимуществами по сравнению с солнечными фотоэлектрическими панелями при условии, что в доме есть регулярно используемый (неэлектрический) источник тепла.}

Хотя термоэлектрические модули примерно в три раза менее эффективны, чем солнечные фотоэлектрические панели, термоэлектрические печи обеспечивают более надежное электроснабжение, поскольку их выработка энергии меньше зависит от погоды, времени года и времени суток.Выражаясь жаргоном, термоэлектрические печи имеют более высокий «коэффициент полезной мощности», чем солнечные фотоэлектрические панели.

Даже если плита используется только для приготовления пищи и приготовления горячей воды, эти повседневные домашние дела все равно гарантируют надежную выходную мощность независимо от климата. Кроме того, выработка энергии термоэлектрической плитой очень хорошо согласуется с потребностями домовладельцев в электроэнергии: время, когда печь используется, обычно также является временем, когда используется большая часть электроэнергии. С другой стороны, солнечные панели производят мало или совсем не производят электричества в периоды пикового потребления.

Изображение: Советский термоэлектрический генератор на основе керосиновой лампы, питающий радио, 1959 год. Источник: Музей ретротехнологии.

Обратите внимание, что эти преимущества исчезают, когда термоэлектрические генераторы питаются от прямой солнечной энергии. Солнечные термоэлектрические генераторы (или STEGS), в которых термоэлектрические модули нагреваются концентрированным солнечным светом, не компенсируют низкую эффективность их модулей из-за более высокой надежности, поскольку они так же зависят от погоды, как и солнечные фотоэлектрические панели.

Меньше накопления энергии

Благодаря более высокой надежности, нет необходимости увеличивать мощность выработки и накопления энергии термоэлектрической системы для компенсации ночей, темных сезонов или дней с плохой погодой, как в случае с солнечной фотоэлектрической установкой. Емкость батареи должна быть достаточно большой, чтобы хранить электроэнергию для использования между двумя включениями печи, и нет необходимости добавлять дополнительные модули, чтобы компенсировать периоды низкой выработки энергии.

Панели солнечных батарей и термоэлектрические печи также можно комбинировать, в результате чего получается надежная автономная система с небольшой потребностью в накоплении энергии. Такая гибридная система хорошо сочетается с печью, которая используется только для обогрева помещений. Зимой большую часть электроэнергии вырабатывают термоэлектрические модули, а летом — солнечные батареи.

Дешевле в установке, проще утилизировать

Второе преимущество состоит в том, что термоэлектрические модули легче устанавливать, чем солнечные панели.Нет необходимости строить конструкцию на крыше и электрическую связь с внешним миром, потому что вся электростанция находится в помещении. Это также предотвращает кражу источника питания — серьезную проблему с солнечными батареями в некоторых регионах.

Все эти факторы делают электроэнергию от термоэлектрической плиты более дешевой и устойчивой по сравнению с энергией от солнечных фотоэлектрических панелей. Для производства батарей, модулей и опорных конструкций требуется меньше энергии, материалов и денег.

С точки зрения устойчивости есть еще одно преимущество: в отличие от солнечных фотоэлектрических панелей, термоэлектрические модули относительно легко утилизировать.Хотя сами кремниевые солнечные элементы идеально подходят для вторичной переработки, они заключены в пластиковый слой (обычно «EVA» или полимер этилена / винилацетата), который имеет решающее значение для долговременной работы модулей. ^{Удалить этот слой без разрушения кремниевых элементов технически возможно, но он настолько сложен, что делает переработку непривлекательной как с финансовой, так и с энергетической точки зрения. С другой стороны, термоэлектрические модули вообще не содержат пластика.}

Охлаждение модулей

Электрический КПД термоэлектрического генератора зависит не только от самого модуля. На это также в значительной степени влияет разница температур между холодной и горячей сторонами модуля. Термоэлектрический модуль, работающий при половинной разнице температур, будет вырабатывать только четверть мощности. Следовательно, улучшение терморегулирования термоэлектрического генератора является основным направлением при разработке термоэлектрических печей, поскольку оно позволяет производить больше энергии с меньшим количеством модулей.

С одной стороны, это включает в себя определение самых горячих точек на плите и закрепление там модулей — при условии, что они могут выдерживать тепло. Большинство печей имеют температуру поверхности от 100 до 300 градусов по Цельсию, а горячая сторона модулей из теллурида висмута (наиболее доступных и эффективных) выдерживает постоянные температуры от 150 до 350 градусов, в зависимости от модели.

С другой стороны, управление температурным режимом сводится к максимально возможному снижению температуры холодной стороны, что может быть выполнено четырьмя способами: принудительная конвекция с воздушным и водяным охлаждением, которая включает электрические вентиляторы и насосы, и воздух. — естественная конвекция с водяным и водяным охлаждением, предполагающая использование пассивных радиаторов, не оказывающих паразитной нагрузки на систему.

Активное охлаждение обычно имеет более высокий КПД, даже если принять во внимание дополнительное использование вентилятора или насоса. Однако пассивные системы дешевле, работают бесшумно и более надежны, чем активные системы. В частности, проблема может быть в поломке вентилятора, так как это может привести к выходу модуля из строя из-за перегрева.

Термоэлектрические печи с радиаторами

Первые термоэлектрические печи на биомассе были построены в начале 2000-х годов, хотя в 1950-х годах Советы впервые применили аналогичную концепцию, в которой в основном использовались электрические радиоприемники, работающие на керосиновых лампах. ^{В 2004 году группа ливанских исследователей модернизировала типичную чугунную дровяную печь из местных сельских районов одним термоэлектрическим модулем размером 56 x 56 мм, который они сделали сами. Печь, которая используется для приготовления пищи и выпечки, а также для обогрева помещений и воды, довольно мала (52 x 44 x 29 см) и весит 40 кг.}

Изображение: Чугунная печь, использованная в экспериментах.

Исследователи прикрутили гладкую алюминиевую пластину толщиной 1 см к самому горячему месту на поверхности печи, закрепили там модуль и прикрепили очень большой (180 x 136 x 125 мм) радиатор с алюминиевыми ребрами к его холодной стороне.При скорости горения 2,5 кг мягкой древесины сосны в час их эксперименты показали среднюю выходную мощность 4,2 Вт. Таким образом, дровяная печь работает в течение 10 часов в день (исключая фазу разогрева), и таким образом обеспечивает сельское ливанское домашнее хозяйство 42 ватт-часами электроэнергии, чего достаточно для удовлетворения основных потребностей.

Изображение: Детали установки и расположение ТЭГ на плите.

Можно добавить больше модулей и радиаторов для увеличения выходной мощности, но, конечно, поверхность печи ограничена, и по мере добавления дополнительных модулей они будут располагаться в областях с более низкой температурой поверхности, что снижает их эффективность.Другой способ увеличить выработку энергии — использовать радиатор еще большего размера и / или более дорогой радиатор, сделанный из материалов с более высокой теплопроводностью.

Термоэлектрические печи с вентиляторами

Большинство термоэлектрических печей, которые были построены на сегодняшний день, используют электрические вентиляторы для охлаждения модуля в сочетании с гораздо меньшим радиатором. Хотя вентилятор может сломаться и является паразитной нагрузкой на систему, он может одновременно повысить эффективность печи, нагнетая горячий воздух в камеру сгорания, что снижает расход дров и загрязнение воздуха примерно вдвое.Кроме того, печи с приводом от вентилятора избегают образования дымохода и вместо этого могут полагаться на горизонтальную вытяжную трубу. ^{Следовательно, автономные печи с вентиляторным охлаждением позволяют сократить потребление дров и загрязнение воздуха в помещениях в сельских регионах глобального Юга, где у людей нет ни доступа к электричеству, ни средств, чтобы проложить дымоход через крышу.}

Исследование термоэлектрической кухонной плиты с принудительной тягой с одним модулем показало выходную мощность 4,5 Вт, из которых 1 Вт требуется для работы вентилятора. ^{Чистая выработка электроэнергии (3,5 Вт) ниже, чем у печи с только радиатором (4,2 Вт), но печь с вентиляторным охлаждением потребляет вдвое меньше дров: она вырабатывает 3,5 Вт чистой электроэнергии со скоростью горения. 1 кг дров в час, в то время как печь с пассивным охлаждением требует 2,5 кг дров для выработки 4,2 Вт.}

Изображение: Печь с наддувом, работающая на ТЭГ.

80-дневные полевые испытания аналогичной портативной термоэлектрической кухонной плиты в Малави показали, что эта технология была высоко оценена пользователями, поскольку печи производили больше электроэнергии, чем требовалось.За весь период выработка электроэнергии составила от 250 до 700 ватт-часов, а потребление электроэнергии — от 100 до 250 ватт-часов.

Некоторые термоэлектрические кухонные плиты с вентиляторным охлаждением имеются в продаже, и их конструкция часто рассчитана на туристов. Примерами являются печи BioLite, Termomanic и Termefor, которые рекламируют выходную мощность от 3 до 10 Вт, в зависимости от конструкции и количества модулей.

Термоэлектрические печи с резервуаром для воды

Самыми эффективными термоэлектрическими печами являются те, в которых холодная сторона модуля (модулей) охлаждается путем прямого контакта с резервуаром для воды.Вода имеет более низкое тепловое сопротивление, чем воздух, и поэтому охлаждается более эффективно. Кроме того, его температура не может превышать 100 градусов по Цельсию, что снижает вероятность отказа модуля из-за перегрева.

Изображение: принцип термоэлектрической печи с пассивным водяным охлаждением.

Когда термоэлектрические модули охлаждаются водой, отходящее тепло от их преобразования электричества способствует не обогреву помещения, а нагреву воды для бытовых нужд. Термоэлектрические печи с водяным охлаждением могут быть активными (с использованием насоса) или пассивными (без движущихся частей).

Большинство термоэлектрических плит с пассивным водяным охлаждением имеют небольшие размеры и используются только для нагрева относительно небольшого количества воды. Фактически, это чаще всего не плита, а котелок, оснащенный термоэлектрическими модулями. Например, PowerPot — это коммерчески доступный котелок для приготовления пищи рюкзачного типа с термоэлектрическим модулем, прикрепленным к основанию, который может быть размещен непосредственно на верхней части плиты и рекламирует выработку энергии в 5-10 Вт.

Изображение: многофункциональная дровяная печь с пассивным водяным охлаждением.

Гораздо более крупная и универсальная термоэлектрическая печь с пассивным водяным охлаждением была разработана французскими исследователями на основе конструкции большой многофункциональной дровяной печи из Марокко. ^{Они установили восемь термоэлектрических модулей на дно встроенного 30-литрового резервуара для хранения воды, который служит не только радиатором для холодной стороны генератора, но и для горячего водоснабжения домашнего хозяйства. . Кроме того, печь оснащена автономным электрическим вентилятором и имеет двойную камеру сгорания для повышения эффективности сгорания.}

Испытания прототипа дали мощность 28 Вт с использованием двух модулей при сжигании 1,5 кг древесины для приготовления пищи и / или обогрева. Вентилятор потребляет 15 Вт, а это означает, что 13 Вт мощности остается для других целей. Печь также давала 60 литров горячей воды в час. В зависимости от продолжительности двух сеансов приготовления в день в батарее запасалось от 35 до 55 ватт-часов электроэнергии. Отметим, что здесь учтены потери контроллера заряда, аккумулятора на 6 В и вентилятора.

Плиты термоэлектрические с насосами

У пассивного водяного охлаждения есть обратная сторона. По мере увеличения температуры воды в баке разница между холодной и горячей сторонами модуля будет уменьшаться, а вместе с тем и электрический КПД. Либо между двумя включениями печи должно быть достаточно времени, чтобы вода снова остыла, либо следует регулярно использовать теплую воду и заменять ее на холодную. Насос делает эту задачу более удобной.

Изображение: Прототип термоэлектрической печи с модулями водяного охлаждения.

Прототип 2015 года, в котором дровяная печь, используемая для приготовления пищи и обогрева помещений и воды, была оборудована 21 термоэлектрическим модулем, охлаждаемым насосной системой водоснабжения, показал выработку мощности от 25 Вт (сжигание 1 кг сосновой древесины в час) более 70 Вт ( От 4 кг древесины в час) до 166 Вт (9 кг древесины в час). ^{Выходная мощность на модуль достигает 7,9 Вт, что почти вдвое превышает выходную мощность на модуль печи с естественным воздушным охлаждением. Насос потребляет 5 Вт, а печь также оснащена вентилятором для повышения эффективности сгорания, который потребляет 1 Вт.}

Термоэлектрические газовые котлы?

Термоэлектрические генераторы с принудительным водяным охлаждением лучше подходят для энергетической инфраструктуры в промышленных обществах, особенно в домашних хозяйствах с системами центрального отопления. Можно добавить больше модулей, что приведет к выработке энергии, соответствующей образу жизни с относительно высоким энергопотреблением. Однако есть некоторые предостережения. Во-первых, системы центрального отопления используются только для обогрева помещений и нагрева воды, а не для приготовления пищи, что делает их производство электроэнергии менее надежным в течение всего года.Во-вторых, только некоторые системы центрального отопления работают на горелках, работающих на биомассе или древесных гранулах, в то время как многие другие работают на газе, масле или электричестве.

Прототип термоэлектрической горелки на древесных гранулах.

Очевидно, что когда источник тепла электрический, нет смысла приклеивать к нему термоэлектрический модуль. Термоэлектрическая система несовместима с видением высокотехнологичного устойчивого здания, где отопление осуществляется с помощью электрического теплового насоса, приготовление пищи происходит на электрической кухонной плите, а горячая вода производится электрическим бойлером.

Однако, когда источником энергии является газ или нефть, термоэлектрический котел представляет собой такое же низкоуглеродное решение, как солнечная фотоэлектрическая система на крыше, подключенная к сети. ^{Термоэлектрическая система обогрева не делает дом независимым от ископаемого топлива, как и солнечная фотоэлектрическая установка, подключенная к сети. Он полагается на энергосистему (в основном работающую на ископаемом топливе) для решения проблемы дефицита и избытка энергии, и обычно рассчитывает на систему центрального отопления, работающую на ископаемом топливе, для обогрева помещений и воды.}

Изображение: термоэлектрический генератор мощностью 1 кВт с принудительным водяным охлаждением для низкотемпературных геотермальных ресурсов.

Термоэлектрическая система обогрева, работающая на ископаемом топливе, также выгодно отличается от большой когенерационной электростанции, которая улавливает отходящее тепло при производстве электроэнергии и распределяет его по отдельным домам для обогрева помещений и воды. В термоэлектрической системе отопления тепло и энергия производятся и потребляются на месте. В отличие от центральной когенерационной электростанции, нет необходимости в инфраструктуре для распределения тепла и электроэнергии.Это экономит ресурсы и позволяет избежать потерь энергии во время транспортировки, которые составляют от 10 до 20% для распределения тепла и от 3 до 10% (или намного больше в некоторых регионах) для распределения электроэнергии.

Когенерационная электростанция более энергоэффективна (25-40%) в превращении тепла в электричество, что означает, что по сравнению с термоэлектрической системой отопления вырабатывается большая доля тепла и меньшая доля электроэнергии. Однако это далеко не проблема, потому что даже в Европе 80% среднего потребления энергии домохозяйством идет на отопление помещений и воду.

Крис Де Декер

Чтобы оставить комментарий, отправьте электронное письмо на адрес solar (at) lowtechmagazine (dot) com.

Термоэлектрическое устройство своими руками заряжает смартфон туриста

(Phys.org). Независимо от того, находитесь ли вы в городском кафе в поисках запасной розетки или в кемпинге и беспокоитесь о потере внешнего контакта, проблема та же: смартфон может потерять заряд, когда он вам больше всего нужен. Что делать? У решателя проблем, увлекающегося пешим туризмом и альпинизмом, есть ответ.Он шаг за шагом показывает, как построить портативный термоэлектрический аварийный генератор. Дэвид Йоханссон, который использовал сайт совместного использования проектов Instructables для своих пошаговых инструкций, объяснил, как он пришел к идее, конструкции и результатам.

Время от времени проводя несколько дней в походах по дикой природе, он полагался на свой смартфон с GPS, а также запасные батареи и солнечные зарядные устройства.Проблема в двух словах: «Солнце Швеции». Нет, в трех словах. Швеция Солнце, Батарейки.

«Солнце в Швеции не очень надежное», — писал он. «Когда вам это нужно больше всего [sic], это либо дождь, либо другие обстоятельства, из-за которых невозможно заряжать солнечные батареи. Даже в ясную погоду зарядка занимает слишком много времени». Батареи, добавил он, хорошие, но тяжелые.

Придумывая альтернативы, он рассматривал идею производства электроэнергии из тепла для USB-устройств.«Я решил создать собственное термоэлектрическое зарядное устройство». Одной из ключевых целей должно было быть устройство, достаточно маленькое, чтобы его можно было носить с собой. Он построил портативный размер с генератором, способным создавать напряжение путем нагрева газовой или спиртовой горелкой или чайными лампочками.

«Я использую термоэлектрический модуль, — сказал он, — также называемый элементом Пельтье, ТЕС или ТЭГ». По его словам, после долгих испытаний и экспериментов он пришел к выводу, что ему нужен мощный TEG-модуль.

«Я нашел ТЭГ 40×40 мм, производящий 5.9 Вт (4,2 В / 1,4 А) при разнице в 180 ° C. Максимальная рабочая температура составляет 350ºC (холодная сторона 180ºC), этого должно быть достаточно. Это довольно дорого, около 50 евро, но все же дешевле, чем большинство солнечных зарядных устройств, и намного дешевле, чем другие коммерческие термоэлектрические зарядные устройства, которые я нашел ».

Результаты превзошли его ожидания. «Я могу зарядить свой iPhone, что было главной целью».

Это первый прототип Йоханссона, и он сказал, что приветствует помощь извне для дальнейших улучшений. «Я еще не увеличил производительность, потому что не хочу ее уничтожать.Я думаю, что можно сделать огромное количество улучшений ».

Он отметил, что его устройство может использоваться с различными источниками тепла, а также приводить в действие ряд продуктов.

Он сказал, что не рассматривает устройство как замену обычным методам зарядки, а скорее как продукт для чрезвычайных ситуаций.

«Сколько подзарядок iPhone я могу получить от одной канистры бензина, я еще не подсчитал, но, возможно, общий вес меньше, чем у батарей, что немного интересно!»

---

Крошечный генератор на основе кремниевых нанопроволок использует энергию тепла, выделяемого в электронных схемах

---

Дополнительная информация: www.Instructables.com/id/Batte… ger-Powered-by-Fire /

© 2013 Phys.org

Ссылка : Термоэлектрическое устройство своими руками заряжает смартфон туриста (3 мая 2013 г.) получено 2 августа 2021 г. с https: // физ.org / news / 2013-05-diy-thermoelectric-device-hiker-smartphone.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Radioisotope Thermoelectric Generator Ode — CAS — Департамент английского языка — Публикации

Дэвид Кирби

BPR 48 | 2021

Конечно, про Адама
, назвавшего животных, было написано много паршивых стихов и, несомненно, много паршивых стипендий
, но здесь мы говорим о паршивых стихах
, а не о паршивых стипендиях.Мы оставим это
ученым, но не самым паршивым.

И на самом деле на креационистских сайтах
есть куча хулиганов о том, что Адам дает имена животным, потому что
есть так много маленьких тварей, что, если бы Адам
появился всего через несколько минут после нашего Создателя
, «вдохнул в них дыхание жизни. его ноздри », как говорится в
в Книге Бытия, он продолжал бы заниматься этим и сегодня, если только он
не ограничил свой труд не отдельными животными, а
их родами, поскольку каждый род содержит десятки, даже
сотен животных. разновидность.

Итак, если бы Адам назвал каждое из 2500 родов только, согласно
на веб-сайте, который я только что проконсультировал, «
ему потребовалось бы примерно три часа сорок пять
минут, чтобы выполнить задание, если мы включим пятиминутный перерыв. каждый час.»

Ха-ха! Видеть? Поэты и ученые — не единственные идиоты в
мире.

Вот что мы знаем об именах, будь то имена животных,
людей или пианино (мы вернемся к этому через минуту) или
, с точки зрения профессора маркетинга Тима
Калкинса, предприятий.«Всегда очень заманчиво назвать компанию
в честь себя, — говорит профессор
Калкинс. «Это просто. Это честно. И для многих из
предпринимателей, когда они начинают новый бизнес,
— это место, с которого нужно начать ».

Кроме того, это работает: Procter & Gamble были людьми до того, как
стали бизнесом, как и основатели Bose,
Дункан Хайнс, Док Мартенс и клиника Mayo,
, которая названа не в честь популярного сэндвича
, а для два брата, W.У. и Уилл Мэйо.

Братья Мэйо основали свою клинику в 1892 году вместе с
Августом Стинчфилдом, который был достаточно умен, чтобы пойти
на имя братьев, а не на свое.

Если бы вас звали Steinway, вы могли бы основать Steinway
& Sons и производить и продавать пианино высокого класса.

Или ваше имя могло бы быть Steinway, и вы не могли иметь ничего общего с фортепиано
, хотя «если вас зовут Джо
Steinway, — говорит профессор Калкинс, — люди будут думать
, что вы много знаете о классической музыке, и у вас возникнет эта ассоциация
». с вами это неправда.”

Меня зовут Кирби, и однажды я встречался с этой еврейкой,
, и когда все начало накаляться, ее отец
сказал: «Дэвид, ты мне нравишься, но я бы хотел, чтобы тебя звали
Гринберг».

«Давид» на иврите означает «возлюбленный» — ну, не для него.

Я уверен, что у меня есть ряд более замечательных черт характера еврея
и ни одного из сомнительных арийских черт характера
, таких как любовь к митингам с факелами и желание
аннексировать части бывшей Чехословакии.

И все же имя у меня неправильное.

Или я ошибся брендом, если так сказать.

В бизнесе правильное название может дать компании историю,
, и это то, что нужно компании, чтобы распространить свой бренд
, говорит Дэвид Аакер, вице-председатель Prophet, брендовая фирма
.

«Факты не работают», — говорит г-н Аакер. «Люди контраргулируют.
Они настроены скептически. Но если вы расскажете им историю, все эти
исчезнут.”

У учителя игры на фортепиано в детстве герцога Эллингтона было чудесное троллопианское имя
— Мариетта Клинкскейлс.
Верный факт!

Не то чтобы у нее был выбор в этом вопросе, поскольку ее мать
и отец были мистером и миссис Клинкскейлс и, таким образом,
были освобождены от бремени придумывать фамилию.

Достаточно сложно придумать первое: неонатальная медсестра
моей знакомой говорит мне, что для пациента
нетипично сказать что-то вроде: «Мой отец — Террелл
, а моя мать — Дженнифер, поэтому я хочу назвать свое имя.
малыш Теннифер — как бы это написать? »

«Как хотите, — говорит она им, — но прежде чем заполнить свидетельство о рождении
, вы должны выйти на стоянку
, сесть в машину, закатать окна и прокричать
имя ребенка, как как можно громче.”

Это не имя, но мое новое любимое слово — spurtle , что
— это своего рода лопатка, используемая для размешивания супов, тушеных блюд, бульонов,
и особенно каши, которая, учитывая, что spurtle
имеет шотландское происхождение, дает В смысле, учитывая, что
намного больше каши готовят и потребляют в
Абердине, Глазго и Данди, чем колканнон,
хаггис, непис и татти, липкий пудинг из ириски, черный пудинг
или тетерев.

Для работы пусть инструмент подойдет, будь то инструмент, кухонная утварь
или что-то совсем другое.

Я имею в виду, вы могли бы размешать свою кашу обычной ложкой или
карандашом или штыком времен Второй мировой войны, если на то пошло,
, но разве не будет лучше на вкус, если вы размешаете ее шпателем
?

Малоизвестная опера Верди Битва при Леньяно содержит
всего, что нужно опере:
лучших друзей, влюбленных в одну женщину; женщина, которая когда-то любила одного
мужчину, но теперь полностью верна другому
мужчине, который является ее мужем; злодейский третий мужчина, который
вожделеет жену; верная, но слабая служанка
, попавшая в лапы злодея; угрожающая армия
располагалась лагерем сразу за городскими воротами; и битва
, во время которой погибает один из лучших друзей.

Я уверен, что вы хотели бы знать, кто из друзей умирает, хотя
я не скажу, какой, если вы действительно увидите Битва
Леньяно , чего вы не увидите, потому что его почти никогда не бывает
поставлен из-за своей непопулярности.

Есть также письмо, клевещущее на некогда колеблющуюся, но теперь
абсолютно стойкую жену, которое, как и каждое письмо в
каждой когда-либо написанной опере, всплывает и выходит из повествования
, поскольку оно потеряно, найдено, спрятано в чьей-то груди и оставлено на каком-то столе, на котором не должно было быть оставлено
.

Не читайте это письмо! вы хотите кричать. Но они это делают, и за этим следует еще
страданий, по крайней мере, до тех пор, пока какое-нибудь
сюжетное устройство milquetoasty не поднимет настроение немного и
не опустится занавес.

Битва при Леньяно . Кто будет смотреть оперу
под названием Битва при Леньяно ? Хорошо, я. Но звучит
как урок истории, а не как опера.

Остальные две трети мест были бы заняты на
в тот вечер, когда я пошел, если бы Верди называл это Любовь и
Резня или Она выбрала правильную, увы или
Отравленное письмо … Все, что угодно, кроме имени, которое он дал.

Древние греки не называли имена своих детей, пока им не исполнилось
трех лет, потому что они хотели быть уверены, что они живы.

Может быть, нам не стоит называть наших, пока им не исполнится 26 лет, поскольку
нейробиологов подтверждают, что компании по аренде автомобилей уже выяснили, что
компаний по аренде автомобилей уже выяснили, что мозг
не созреет полностью до 25 лет.

К тому времени префронтальная кора головного мозга, которая является частью мозга
, которая помогает сдерживать импульсивное поведение,
еще не полностью развита.

Это объясняет, почему моя коллега говорит, что она может научить своих
учеников феминизму, если она не использует
слово «феминизм».

Это оттолкнет многих молодых людей из ее классов,
как и молодых женщин, которые думают, что могут добиться
уважения таких мужчин, соглашаясь с ними,
чего они не могут.

Вы когда-нибудь были в Праге? Территория перед вокзалом
называется Шервудский лес, потому что в нем проживает 90 488 пьяных, бездомных и попрошайников.

Я бы назвал это скорее убогим, чем опасным, но почему
тянет дьявола за хвост, как говорят мудрые люди этого города
?

Имя беззаботное и даже в своем роде ласковое,
, хотя что-то мне подсказывает, что любые деньги, украденные
из карманов туристов и прохожих, становятся
исключительной собственностью вора и не подлежат перераспределению среди населения
. возможно,
было во времена Робин Гуда и его веселой группы.

Мне бы очень хотелось, чтобы отец моей еврейской девушки думал обо мне лучше.

В моем имени нет ничего плохого, даже если оно не такое грандиозное, как
, как у Доброго короля Вацлава,
, который прекрасно иллюстрирует мою точку зрения, поскольку он им не был.

Конечно, он был благочестивым, но неэффективным, поэтому его брат
Болеслав зарезал его до смерти.

Болеслав был также известен как Болеслав Жестокий.

Можете ли вы представить, что ваша дочь может встречаться с кем-нибудь
по имени Болеслав Жестокий?

У меня был бы шанс, если бы мое имя было другим.

Но если бы меня звали по-другому, разве моя жизнь
не была бы другой?

На панихиде по художнику Киту Харингу 4 мая 1990 года актер
Деннис Хоппер назвал его «мой хороший друг
Кит Харингтон.

Это было уже само по себе плохо. Но затем Хоппер добавил: «И я,
, имею в виду это искренне», что вы говорите, когда вы говорите, что
вовсе не искренне.

Читатель, довольствуйся своим именем.

Тем не менее, сделайте все возможное, чтобы он взлетел, как сокол или пустельга.

Пусть это будет Алмаз Надежды имен, Эверест, Кадиллак.

Живите так, чтобы ваше имя стало словом, известным людям
каждой страны, например «хорошо» и «Coca Cola®».

Пусть ваше имя будет достойно включения в аудиовизуальные диски
на борту космических зондов «Вояджер», которые были запущены
в 1977 году и в настоящее время летают через звездные системы нашей галактики
и, как ожидается, будут делать это
до 2025 года, когда их радиоизотопные термоэлектрические генераторы
больше не могут обеспечивать электроэнергию.

А пока, если диски будут извлечены существами с других
планет, они найдут фотографии Земли и ее форм жизни
, приветствия от президента Соединенных Штатов
, а также Генерального секретаря ООН,
музыка Моцарта, Слепого Вилли Джонсона и Чака
Берри и ваше имя.

Пусть твое будет пятое лицо на горе Рашмор, а под ним
твое имя.

Пусть четыре лица на горе Рашмор будут взорваны до
гальки и пыли.Пусть там появится только твое, и
гора будет названа твоим именем.

Пусть ваше имя будут шепелявить монахини, произносящие свои розарии, и
священников, говорящие своим отцам.

Пусть она будет на каждом молитвенном колесе, будь то ветер, огонь,
вода или рука посвященных.

Пусть ваше имя будет таким, чтобы, когда солнце
светит в ваше окно, и вы готовитесь встретить день, полеты
ангелов воспеют вас вашему одинарному или двойному
эспрессо, вашему латте или капучино, вашему множеству сортов чая
что было бы невозможно перечислить их
всех, каждый более музыкально звучащий, чем следующий, от
чая и матча до шиповника, мяты, шелковицы.

Пусть твое имя будет таким, что каждое утро дьявол говорит: о
, черт возьми, она встала.

Нетоксичный термоэлектрический генератор для носимых устройств

Сегодня, по-прежнему в Google, мы сохраняем надежду. И мы счастливы сказать, что мы сделали несколько ошибок. В частности, системы возобновляемых источников энергии дешевели быстрее, чем мы ожидали, и их внедрение превысило прогнозы, которые мы приводили в 2014 году.

Инженеры могут расширить масштабы таких зрелых технологий, как энергия ветра [1] и солнечной энергии [2].Другие зарождающиеся технологии требуют значительных инноваций, например, водородные самолеты [3] и электродуговые печи для производства стали [4]. Чтобы противодействовать наихудшим непосредственным последствиям изменения климата, мы Крис Филпот

В нашей предыдущей статье речь шла о «прорывных» целевых ценах ( разработано в сотрудничестве с консалтинговой фирмой McKinsey & Co.), что может привести к сокращению выбросов в США на 55% к 2050 году. С тех пор цены на ветровую и солнечную энергию достигли целевых показателей, установленных на 2020 год, а цены на аккумуляторы стали еще лучше, резко упав. к диапазону, прогнозируемому на 2050 год.Эти превзошедшие ожидания ценовые тенденции в сочетании с дешевым природным газом привели к сокращению потребления угля в США вдвое. Результат: к 2019 году выбросы в США упали до уровня, прогнозируемого сценарием McKinsey на 2030 год — на десять лет раньше, чем предсказывала наша модель.

И благодаря этому прогрессу в декарбонизации производства электроэнергии инженеры ищут и находят многочисленные возможности для переключения существующих систем, основанных на сжигании ископаемого топлива, на электроэнергию с низким содержанием углерода. Например, электрические тепловые насосы становятся рентабельной заменой топочного топлива, а электрические автомобили дешевеют и растут в цене.

Однако даже при всем этом прогрессе мы все еще находимся на траектории серьезного изменения климата: К 2100 году повысится на 3 ° C. Многие страны не соблюдают сокращения выбросов, которые они обещали в Парижском соглашении 2015 года. Даже если бы каждая страна выполнила свое обещание, этого было бы недостаточно, чтобы ограничить глобальное потепление до 1,5 ° C, что большинство экспертов считает необходимым, чтобы избежать экологической катастрофы. Выполнение сегодняшних обещаний потребует резкого сокращения выбросов. Если этого массового сокращения выбросов не произойдет, что, как мы думаем, вероятно, потребуются другие стратегии, чтобы удерживать температуру в определенных пределах.

Приведенная стоимость энергии описывает затраты на строительство и эксплуатацию электростанций в течение срока их службы, измеряемые в долларах США за мегаватт-час. С 2009 года стоимость солнечной фотоэлектрической (PV) и ветровой энергии быстро снизилась. Цены на емкость аккумуляторов упали еще быстрее. Источник: BloombergNEF

Вот некоторые ключевые цифры: Чтобы обратить изменение климата вспять, хотя бы частично, нам нужно снизить уровень углекислого газа в атмосфере до более безопасного порогового значения. 350 частей на миллион; в День Земли 2021 эта цифра составила 417 промилле.По нашим оценкам, для достижения этой цели потребуется удалить из атмосферы порядка 2 000 гигатонн CO ₂ в течение следующего столетия. Это полное удаление необходимо как для поглощения существующего атмосферного CO ₂ , так и для CO ₂ , который будет выбрасываться, когда мы переходим к углеродно-отрицательному обществу (которое удаляет из атмосферы больше углерода, чем выделяет).

Наши первые битвы в войне с изменением климата требуют, чтобы инженеры работали над многими существующими технологиями, которые можно масштабно масштабировать.Как уже было показано на примере ветряных, солнечных батарей и батарей, такое расширение масштабов часто приводит к резкому снижению затрат. В других отраслях промышленности для сокращения выбросов требуются технологические революции. Если вы поэкспериментируете со своим собственным набором методов смягчения последствий изменения климата, используя Интерактивный климатический инструмент En-ROADS, вы увидите, сколько вариантов вам нужно максимально использовать, чтобы изменить нашу текущую траекторию и достичь уровня 350 ppm CO ₂ и глобального повышения температуры не более чем на 1,5 ° C.

Так что же делать инженеру, который хочет спасти планету? Даже когда мы работаем над переходом к обществу, основанному на безуглеродной энергии, мы должны серьезно относиться к секвестрации углерода, то есть к хранению CO. ₂ в лесах, почве, геологических образованиях и других местах, где он будет оставаться на месте.И в качестве временной меры в этот трудный переходный период нам также необходимо будет рассмотреть методы управления солнечным излучением — отклонение некоторого количества падающего солнечного света для уменьшения нагрева атмосферы. Эти стратегические направления потребуют реальных инноваций в ближайшие годы. Чтобы выиграть войну с изменением климата, нам также нужны новые технологии.

Мы надеемся, что необходимые технологии появятся в течение нескольких десятилетий. В конце концов, инженерам прошлого потребовались всего несколько десятилетий, чтобы спроектировать боевые машины, построить корабли, которые могли бы облететь земной шар, наладить повсеместную связь в реальном времени, ускорить вычисления более чем в триллион раз и запустить людей в космос и на Луну.1990-е, 2000-е и 2010-е были десятилетиями, когда ветроэнергетика, солнечная энергия и сетевые батареи, соответственно, стали широко распространяться. Что касается технологий, которые определят грядущие десятилетия и позволят людям жить устойчиво и процветать на планете со стабильным климатом, то отчасти это зависит от вас. У инженеров есть над чем усердно работать. Вы готовы?

Прежде чем мы перейдем к технологическим проблемам , которые требуют вашего внимания, позвольте нам немного поговорить о политике.Климатическая политика имеет важное значение для инженерных работ по декарбонизации, поскольку она может привести к резкому падению затрат на новые энергетические технологии и переключению рынков на низкоуглеродные альтернативы. Например, к 2005 году Германия предлагала чрезвычайно щедрые долгосрочные контракты производителям солнечной энергии (примерно в пять раз дороже средней цены на электроэнергию в Соединенных Штатах). Этот гарантированный спрос дал толчок мировому рынку солнечных фотоэлектрических (PV) панелей, который с тех пор растет в геометрической прогрессии. Короче говоря, временные субсидии Германии помогли создать устойчивый глобальный рынок солнечных батарей.Люди часто недооценивают, насколько человеческая изобретательность может быть раскрыта, когда она продвигается рыночными силами.

Для достижения цели ограничения нагрева до 1,5 ° C, чистый CO 2 должны немедленно резко сократиться по сравнению с нашими текущими выбросами, как показано в строке A. Если выбросы уменьшатся еще через десять лет, как показано в строке B, тогда гораздо большее количество CO 2 нужно будет удалить. Источник: Отчет МГЭИК, «Глобальное потепление на 1,5 ° C»

Этот всплеск солнечной фотоэлектрической энергии мог произойти десятилетием раньше.К 1995 году все основные процессы были готовы: инженеры освоили технические этапы изготовления кремниевых пластин, диффузионных диодных переходов, нанесения металлических решеток на поверхности солнечных элементов, пассивирования поверхности полупроводника для добавления антиотражающего покрытия и ламинирования модулей. Единственным недостающим элементом была политика поддержки. Мы не можем позволить себе больше этих «потерянных десятилетий». Мы хотим, чтобы инженеры посмотрели на энергетические системы и спросили себя: какие технологии имеют все необходимое для увеличения масштабов и снижения затрат, кроме политики и рынка?

Нобелевский лауреат по экономике Уильям Нордхаус в своей книге утверждает, что ценообразование на углерод играет важную роль в борьбе с изменением климата. Климат-казино (Издательство Йельского университета, 2015).Сегодня цены на углерод применяются к примерно 22 процентам глобальных выбросов углерода. Крупный углеродный рынок Европейского Союза, который в настоящее время оценивает углерод выше 50 евро за тонну (61 доллар США), является основной причиной, по которой его авиакомпании, производители стали и другие отрасли в настоящее время разрабатывают долгосрочные планы декарбонизации. Но экономист Марк Жаккар отметил, что, хотя налоги на выбросы углерода наиболее эффективны с экономической точки зрения, они часто сталкиваются с огромным политическим противодействием. Поэтому пионеры климатической политики в Канаде, Калифорнии и других странах прибегли к гибким (хотя и более сложным) правилам, которые предоставляют отраслям разнообразные возможности для достижения целей декарбонизации.

Инженеры могут оценить простоту и элегантность ценообразования на углерод, но самый простой подход не всегда обеспечивает прогресс. Хотя мы, инженеры, не занимаемся разработкой политик, нам следует оставаться в курсе и поддерживать политики, которые помогут процветать нашей отрасли.

Жесткие задачи обезуглероживания изобилие для амбициозных инженеров. Их слишком много, чтобы перечислить в этой статье, поэтому мы выберем несколько избранных и отсылаем читателя к Project Drawdown, организации, которая оценивает влияние усилий по борьбе с изменением климата, для получения более полного списка.

Рассмотрим авиаперелеты. Это составляет 2,5 процента мировых выбросов углерода, и декарбонизация — достойная цель. Но вы не можете просто уловить выхлоп с самолета и закачать его под землю, да и инженеры вряд ли в ближайшее время разработают батарею с плотностью энергии реактивного топлива. Итак, есть два варианта: либо вытащить CO ₂ непосредственно из воздуха в количествах, которые компенсируют выбросы самолетов, а затем спрятать его где-нибудь, либо переключиться на самолеты, которые работают на безуглеродном топливе, таком как биотопливо.

Инженеры упорно трудились, чтобы освоить шаги, необходимые для создания солнечных фотоэлектрических систем, но затем они потеряли десятилетие, ожидая поддержки политики, которая снизила цены, чтобы создать рынок. Мы не можем позволить себе больше потерянных десятилетий.

Одна интересная возможность — использовать водород в качестве авиационного топлива. Airbus в настоящее время работает над дизайном самолета с водородным двигателем, который, по ее словам, будет коммерчески использоваться в 2035 году. Большая часть сегодняшнего водорода явно вредна для климата, поскольку он производится из ископаемого газа метана в процессе, который выделяет CO ₂ .Но производство чистого водорода — горячая тема для исследований, и 200-летний метод электролиза воды, в котором H ₂ O расщепляется на кислород и водород, получает новый облик. Если низкоуглеродное электричество используется для электролиза, полученный чистый водород можно использовать для производства химикатов, материалов и синтетического топлива.

Политика, особенно в Европе, Япония и Австралия продвигают вперед исследования водорода. Например, Евросоюз опубликовал амбициозную стратегию в отношении 80 гигаватт мощностей в Европе и соседних странах к 2030 году.Инженеры могут помочь снизить цены; первая цель — достичь 2 долларов за килограмм (по сравнению с примерно 3 долларами до 6,50 долларов за килограмм сейчас), после чего чистый водород будет дешевле, чем сочетание природного газа с улавливанием и секвестрацией углерода.

Безопасный для климата водород также может привести к еще одному великому достижению: обезуглероживанию производства металлов. Каменный век уступил место железному веку только тогда, когда люди выяснили, как использовать энергию для удаления кислорода из металлических руд, встречающихся в природе.В Европе вырубили леса отчасти для того, чтобы предоставить древесный уголь для сжигания в тиглях, где мастера по металлу нагревали железную руду, поэтому это считалось экологической победой, когда они перешли с древесного угля на уголь в 18 веке. Сегодня, благодаря углеродному рынку Европейского Союза, инженеры пилотирование новых захватывающих методов удаления кислорода из металлической руды с использованием водородных и электродуговых печей.

Предстоит еще проделать большую работу по обезуглероживанию производства электроэнергии и производству чистого топлива.Во всем мире люди используют примерно один зеттаджоуль в год — это 10 ²¹ джоуля в год. Удовлетворение этого спроса без дальнейшего содействия изменению климата означает, что нам придется резко ускорить внедрение источников энергии с нулевым выбросом углерода. Для обеспечения 1 ZJ в год только солнечными батареями, например, потребуется покрыть панелями примерно 1,6% площади суши в мире. Выполнение этого с помощью одной только ядерной энергии потребовало бы строительства трех 1-гигаваттных станций каждый день в период с настоящего момента до 2050 года.Ясно, что нам нужен ряд экономичных и экологически безопасных вариантов, особенно в свете значительных региональных различий в ресурсах.

Пока мы рассматриваем эти варианты, нам также необходимо убедиться, что эти источники энергии стабильны и надежны. Критически важные инфраструктуры, такие как больницы, центры обработки данных, аэропорты, поезда и очистные сооружения, нуждаются в круглосуточном электроснабжении. (Google, например, настойчиво стремится к безуглеродной энергии в режиме 24/7 для своих дата-центры к 2030 году.) Большинство крупных промышленных процессов, таких как производство стекла, удобрений, водорода, синтезированного топлива и цемента, в настоящее время рентабельны только тогда, когда заводы работают почти непрерывно и часто требуют высокотемпературного технологического тепла.

Чтобы обеспечить стабильную безуглеродную электроэнергию и технологическое тепло, мы должны рассмотреть новые формы ядерной энергетики. в Новая политика Соединенных Штатов и Канады поддерживает передовые разработки и лицензирование ядерной энергетики. Десятки передовых компаний, занимающихся делением ядерных материалов, предлагают инженерам множество интересных задач, таких как создание отказоустойчивого топлива, которое становится менее реактивным при нагревании.Другие возможности можно найти в разработке реакторов, которые рециркулируют отработавшее топливо для уменьшения количества отходов и потребностей в горнодобывающей промышленности или разрушают долгоживущие компоненты отходов с помощью новых технологий трансмутации.

Инженерам, которых тянет к действительно сложным заданиям, стоит подумать о ядерный синтез, где проблемы включают контроль плазмы, в которой происходит термоядерный синтез, и достижение чистой выходной электрической мощности. Соревнование этого десятилетия в области передовых технологий ядерной энергетики может привести к появлению победителей, которые воодушевят инвесторов, а новый раунд политики может подтолкнуть эти технологии вниз по кривой затрат, избегая потерянного десятилетия для передовой ядерной энергетики.

Водород может сыграть решающую роль в безуглеродной энергетической системе, поскольку возобновляемые источники энергии и атомная энергия обеспечивают большую долю электроэнергии. Водород можно использовать в качестве сырья для производства синтетического топлива, которое может заменить ископаемое топливо. Водород также можно использовать непосредственно в качестве топлива или сырья для декарбонизации промышленных процессов, что требует некоторой новой распределительной и промышленной инфраструктуры. Источник: Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии США

Глобальный климат Сохранение — идея, которую инженеры должны любить, потому что она открывает новые области и возможности карьерного роста.Климат Земли имеет разомкнутый цикл более 4 миллиардов лет; нам повезло, что резко колеблющийся климат нашей планеты был необычайно стабильным на протяжении 10 000 лет, когда возникла и процветала современная цивилизация. Мы считаем, что человечество скоро начнет обматывать контур управления климатом Земли, проектируя и внедряя контролируемые изменения, которые сохранят климат.

Основная причина сохранения климата — избежать необратимых изменений климата. Таяние ледникового покрова Гренландии могло поднимет уровень моря на 6 метров, иначе безудержное таяние вечной мерзлоты может привести к выбросу парниковых газов, которые увеличат глобальное потепление.Ученые согласны с тем, что продолжение неконтролируемых выбросов вызовет такие переломные моменты, хотя есть неуверенность в том, когда это произойдет. Экономист Нордхаус, применяя консервативный принцип предосторожности к изменению климата, утверждает, что эта неопределенность оправдывает более ранние и более масштабные климатические меры, чем если бы пороги переломного момента были точно известны.

Мы верим в активное удаление углекислого газа, потому что альтернатива слишком мрачна и слишком дорога.Некоторые подходы к удалению и связыванию углекислого газа технически осуществимы и в настоящее время судят. Другие, такие как удобрение океана водорослями и планктоном, вызвали разногласия, когда их пытались предпринять в ранних экспериментах, но нам также нужно узнать больше об этом.

В Рекомендация Межправительственной группы экспертов по изменению климата об ограничении потепления на уровне 1,5 ° C требует сокращения чистых глобальных выбросов почти вдвое к 2030 году и до нуля к 2050 году, но страны не делают необходимых сокращений выбросов.(Под чистыми выбросами мы понимаем фактические выбросы CO ₂ за вычетом CO ₂ , которые мы извлекаем из воздуха и улавливаем.) МГЭИК оценивает, что достижение целевой пиковой температуры 1,5 ° C и, со временем, выделение CO ₂ при снижении до 350 частей на миллион фактически требует отрицательных выбросов более 10 Гт CO ₂ в год в течение нескольких десятилетий — и это может потребоваться до тех пор, пока в атмосфере остаются клопы, которые продолжают выделять CO ₂ .

С помощью инструмента моделирования климата En-ROADS любой может разработать сценарии решения проблемы изменения климата. В Частично показанный здесь сценарий достигает целей ограничения выбросов и потепления. Это достигается за счет максимальных возможных изменений в энергоснабжении, достижений в области энергоэффективности и электрификации, а также повсеместного удаления и связывания углерода. Источник: En-ROADS

Инструмент En-ROADS, который можно использовать для моделирования воздействия стратегий смягчения последствий изменения климата, показывает, что ограничение потепления до 1.5 ° C требует максимального использования всех вариантов связывания углерода, включая биологические средства, такие как лесовосстановление, и новые технологические методы, которые еще не являются рентабельными.

Нам нужно изолировать CO ₂ , частично, чтобы компенсировать деятельность, которая не может быть обезуглерожена. Цемент, например, имеет самый большой углеродный след из всех искусственных материалов, создавая около 8 процентов глобальных выбросов. Цемент производится путем нагревания известняка (в основном кальцита, или CaCO ₃ ) для получения извести (CaO).При производстве 1 тонны цементной извести выделяется около 1 тонны CO ₂ . Если бы все выбросы CO ₂ от производства цемента улавливались и закачивались под землей по цене 80 долларов за тонну, по нашим оценкам, 50-фунтовый мешок (около 23 кг) бетонной смеси, одним из компонентов которой является цемент, будет стоить примерно на 42 цента больше. Такое изменение цен не остановит людей от использования бетона и не приведет к значительному увеличению затрат на строительство. Более того, газ, выходящий из дымовых труб на цементных заводах, богат CO ₂ по сравнению с разбавленным количеством в атмосфере, что означает, что его легче улавливать и хранить.

Улавливание выбросов цемента будет хорошей практикой, поскольку мы готовимся к большему увеличению удаления 2000 Гт CO. ₂ прямо из атмосферы в течение следующих 100 лет. В этом заключается одна из самых больших проблем века для ученых и инженеров. В недавней статье Physics Today оценивается стоимость прямого улавливания атмосферного CO ₂ в диапазоне от 100 до 600 долларов за тонну. Этот процесс является дорогостоящим, поскольку требует большого количества энергии: прямой захват воздуха включает нагнетание огромных объемов воздуха над сорбентами, которые затем нагреваются для высвобождения концентрированного CO ₂ для хранения или использования.

Нам нужен ценовой прорыв в области улавливания и связывания углерода, который будет соперничать с тем, что мы видели в ветроэнергетике, солнечной энергии и батареях. Мы оцениваем это в 100 долларов за тонну, удалив эти 2000 Гт CO. ₂ будет составлять примерно 2,8 процента мирового ВВП за 80 лет. Сравните эту стоимость с потерями, связанными с переломным моментом в изменении климата, который невозможно отменить никакими расходами.

В принципе, подземных скальных образований достаточно, чтобы хранить не только гигатонны, но и тератонны CO ₂ .Но масштаб необходимого секвестрации и безотлагательная необходимость в нем требуют нестандартного мышления. Например, массовое и дешевое удаление углерода может быть возможным при помощи природы. Во время каменноугольного периода нашей планеты, 350 миллионов лет назад, природа улавливала столько углерода, что уменьшила содержание CO ₂ в атмосфере с более чем 1000 частей на миллион до нашего доиндустриального уровня в 260 частей на миллион (и при этом образовала уголь). Механизм: растения вырабатывали волокнистый углеродсодержащий материал лигнин для своих стеблей и коры за миллионы лет до того, как другие существа разработали способы его переваривания.

Теперь представьте, что океан поглощает и почти полностью перерабатывает около 200 Гт CO. ₂ в год. Если бы мы могли предотвратить 10 процентов этого повторного выброса в течение 100 лет, мы бы достигли цели по секвестированию 2 000 Гт CO ₂ . Возможно, какое-то существо в пищевой цепи океана может быть изменено, чтобы выделять органический биополимер, такой как лигнин, который трудно метаболизировать, который оседает на морском дне и связывает углерод. Фитопланктон быстро размножается, предлагая быстрый путь к огромным масштабам.Если наше наследие решения проблемы изменения климата — это несколько миллиметров неудобоваримых, богатых углеродом фекалий на дне океана, нас это устроит.

Наши первые битвы в войне с изменением климата требуют, чтобы инженеры работали над существующими технологиями, которые можно масштабировать. Но чтобы выиграть войну, нам потребуются и новые технологии.

Изменение радиационного воздействия — то есть отражение большего количества солнечного света в космос — можно использовать как временную и временную меру для ограничения потепления, пока мы не добьемся снижения уровня CO в атмосфере. ₂ .Такие усилия позволят избежать наихудших физических и экономических последствий повышения температуры и будут выведены из эксплуатации после того, как кризис пройдет. Например, мы могли бы уменьшить образование инверсионных следов от самолетов, которые задерживают тепло, и сделать крыши и другие поверхности белыми, чтобы отражать больше солнечного света. Эти две меры, которые могут снизить ожидаемое нами планетарное потепление примерно на 3 процента, помогут общественности лучше понять, что наши коллективные действия влияют на климат.

Есть более амбициозные предложения, которые отражали бы больше солнечного света, но есть много споров о положительных и отрицательных последствиях таких действий.Мы считаем, что наиболее ответственный путь вперед для инженеров, химиков, биологов и экологов — это проверить все варианты, особенно те, которые могут иметь значение в планетарном масштабе.

Мы не утверждаем, что знаем, какие технологии предотвратят мир-антиутопию, который теплее на 2 ° C. Но мы искренне верим, что мировые инженеры могут найти способы доставить десятки тераватт безуглеродной энергии, радикально обезуглерожить промышленные процессы, изолировать огромное количество CO. ₂ , и временно отклонить необходимое количество солнечного излучения.Эффективное использование политики, поддерживающей достойные инновации, может помочь внедрить эти технологии в ближайшие три или четыре десятилетия, что позволит нам уверенно продвигаться по пути к стабильной и пригодной для жизни планете. Итак, инженеры, приступим к работе. Создаете ли вы машины, разрабатываете алгоритмы или анализируете числа, занимаетесь ли вы биологией, химией, физикой, компьютерами или электротехникой, у вас есть своя роль.

Мнения, выраженные здесь, принадлежат исключительно авторам и не отражают позицию Google или IEEE.

Компаунд золотого стандарта Возможная альтернатива для термоэлектрических устройств, помогает сократить отходы тепла

Термоэлектрическая энергия становится реальной альтернативой чистой энергии с открытием новых материалов — и новый слоистый кристалл, содержащий рений и кремний, может открыть будущее этих устройств.

Термоэлектрические генераторы вырабатывают электроэнергию из тепла, вырабатываемого другими процессами, что делает их привлекательным методом сокращения углеродного следа существующих промышленных и автомобильных процессов.Однако технология во многом ограничивается проблемой регулирования температуры, особенно на горячей стороне. Существующие материалы со временем становятся слишком горячими, что приводит к выходу устройства из строя.

(Фото: Gerardtv через Wikimedia Commons)
Изображение термоэлектрического модуля Зеебека (w: en: термоэлектрический генератор), по-видимому, произведенного TECTEG MFR

ТАКЖЕ ПРОЧИТАЙТЕ: Термоэлектрические материалы, изготовленные с использованием новой стратегии синтеза

Одним из решений, позволяющих обойти это ограничение, является использование поперечных термоэлектрических устройств.Этот класс устройств создает ток, который течет перпендикулярно проводящей среде, поэтому для него требуются контакты только на холодном конце генератора. Хотя технология многообещающая, до сих пор она остается неэффективной и непрактичной для реальных приложений.

Группа исследователей из Университета штата Огайо обнаружила новый материал, слоистый кристалл, состоящий из рения и кремния, который может стать «золотым стандартом» для поперечных термоэлектрических устройств. Они представили свои выводы в отчете «Высокоэффективные поперечные термоэлектрические устройства с кристаллами Re4Si7 †», опубликованном в журнале Energy and Environmental Science.

Возможный краеугольный камень для поперечных термоэлектрических устройств

Исследователи из Университета штата Огайо смогли продемонстрировать, как слоистый кристалл действует как эффективное поперечное термоэлектрическое устройство благодаря своему редкому свойству. Он может одновременно способствовать перемещению как положительных, так и отрицательных зарядов. Таким образом, любой заряд перемещается независимо, а не в обычных случаях, когда они идут параллельно друг другу и создают электрический ток, перемещаясь зигзагообразно через контакты.

Исследователи изготовили образец слоистого кристалла длиной около двух дюймов и использовали его в термоэлектрическом генераторе. Кроме того, они обнаружили, что когда кристалл наклонен под определенным углом внутри генератора, он генерирует беспрецедентное количество энергии для этого класса устройств.

«Мы показали, что эти материалы столь же эффективны, как и традиционные технологии термоэлектрических генераторов, но преодолевают их основные недостатки», — сказал Джошуа Голдбергер, соавтор статьи и профессор химии и биохимии, в пресс-релизе штата Огайо.

Голдбергер дополнительно объясняет, что их исследование знаменует собой первый случай, когда применение этого класса устройств было доказано. Слоистый кристалл обещает быть не хуже имеющихся в продаже материалов, но намного проще и надежнее.

Возможность использования отходящего тепла

Отработанное тепло часто остается без присмотра и может улетучиваться в окружающую среду в виде выхлопных труб автомобилей или выброса из дымовых труб. Джозеф Хереманс, соавтор исследования и профессор механической и аэрокосмической техники, подчеркивает важность отходящего тепла и попыток использовать его в качестве энергии многократного использования — достижение их исследовательской группы.

Обычные материалы проводят заряд только одного типа, а термоэлектрические устройства обычно изготавливают из разных материалов. Они включают сложные процессы для создания контактов, которые должны быть эффективными и устойчивыми к повышению температуры.

В пресс-релизе штата Огайо объясняется, что два года назад та же исследовательская группа обнаружила неожиданное поведение в соединении, которое позволяло электронам и дыркам двигаться в разных направлениях. Интернет-портал по электронике All About Circuits объясняет электроны и дырки как частицу и пару пустот в теории твердого тела, ответственных за отрицательный и положительный заряд, соответственно.Это привело их к поиску других возможных материалов, демонстрирующих аналогичные свойства.

Исследователи дополнительно объяснили, что генератор на основе этого слоистого кристалла можно использовать практически в любом месте с отработанным теплом. Кристалл, который они использовали в исследовании, был ограничен размером печи, в которой он был выращен.

СВЯЗАННАЯ СТАТЬЯ: Исследователи создают новый термоэлектрический генератор для преобразования отработанного тепла очень высоких температур в электричество

Узнайте больше новостей и информации о термоэлектрических генераторах в Science Times.