Библиотека | Мой дом тайга
Электричество в походах
Я обещал разным людям на turizm.lib.ru написать несколько заметок на разные темы. Потихоньку начинаю отдавать долги. Сначала продолжение истории об источниках электроэнергии в походах.
Итак, снова об электричестве в походах.
Первый мой источник на базе элемента Пельтье подробно описан на моей страничке, ему посвященной.
Я его модернизировал. Во первых изменил преобразователь – теперь он выдает 6.5В на холостом ходу, имеет встроенные аккумуляторы для запасания энергии. Во вторых – кроме кружки у меня теперь есть еще 3 источника электроэнергии – 2 на элементах Пельтье и солнечная батарея.
Сначала о преобразователе.
Преобразователь – это электронный блок, включаемый между элементом Пельтье (или другим источником) и электрической нагрузкой. Смысл преобразователя в согласовании напряжений. Преобразователь двухкаскадный, собран на 2 микросхемах MAX 756 http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX756-MAX757.pdf . Первый каскад включен в соответствии с документацией в режиме выхода 3.3В. В нагрузку каскада через выключатель, диод и токоограничивающий резистор подключена пара последовательно соединенных Ni-Mh аккумуляторов. Ni-Mh выбран из за его нетребовательности к соблюдению режимов заряда/разряда. Второй каскад преобразователя подключен к выходу первого и включен в режиме выхода +5В. Схема обоих каскадов – в соответствии с документацией на микросхему. Но тут есть особенность – если вы хотите заряжать что-то вроде Siemens Me-45/Siemens-X65 (с литиевым аккумулятором), вам нужно около 6.5В на выходе преобразователя на холостом ходу. Для этого в цепь обратной связи второго каскада преобразователя (между ногой 6 и выходом каскада) вводится цепочка из 3 последовательных кремниевых диодов (все включены анодом к выходу преобразователя). Есть способ лучше – использовать MAX757 (у нее есть отдельный выход обратной связи). Вот, собственно, и вся схема. Идеологически она меня полностью устраивает. Преобразователь в этой версии таскается со мной по разным неудобьям уже почти год – проблем не замечено. Очень подробное How-to по использованию MAX756 в качестве преобразователя можно найти на http://www.instructables.com/id/EGBQJPLCB2EP287KTZ. В моем преобразователе собрано практически 2 таких каскада.
Преобразователь с открытым аккумуляторным отсеком и извлеченными аккумуляторами.
Нутро преобразователя.
Выходной разъем преобразователя и цоколевка соответствуют разъему USB Type A, что позволяет подключать любые USB-устройства и кабели. Внимание! Если вы собираетесь подключать USB устройства лучше вернуть выходное напряжение на +5В (убрать диоды из обратной связи второго каскада), хотя, скорее всего ничего страшного и не произойдет.
Надеюсь, читатель понимает, что преобразователь выдает в разъем USB только питание, это в большинстве случаев позволяет заряжать всяческие USB гаджеты (GPS, КПК). Но! Управлять USB устройствами преобразователь не умеет J. Также, скорее всего, нельзя подключать преобразователь к порту типа USB-Host (некоторые КПК выпуска после 2005 г.).
- Первичные источники электричества
- В настоящее время мой парк источников электричества, способных питать преобразователь, представлен:
- Самодельными:
- 1) Кружкой со встроенным в дно элементом Пельтье (наливается водой и ставится на горелку);
- 2) Костровым тепловым элементом;
3) Автономным термоэлектрогенератором Пельтье..
- Покупными:
- 4) Модулем солнечной батареи (2В, 400 ма).
- Все источники оснащены унифицированным разъемом, позволяющим подключать их к преобразователю.
- Кружка подробно рассмотрена в описании первой версии термогенератора.
Костровой тепловой элемент представлен модулем Пельтье, оборудованным системой радиаторов и металлическим колышком. Колышек с элементом втыкается в землю около костра. Радиаторы имеют специальную форму – площадь радиатора со стороны костра («горячая» сторона) бОльшая, оребрение горизонтальное. С «холодной» стороны радиатор меньше и имеет вертикальное оребрение.
Эти конструктивные ухищрения призваны обеспечивать максимальный градиент температуры на сторонах элемента. Большая площадь «горячего» радиатора экранирует «холодную» сторону от костра, а горизонтальное оребрение снижает конвективный перенос тепла с радиатора в воздух.
Часть вертикального оребрения по краям горячей стороны радиатора оставлена, для снижения краевых эффектов и предотвращения перегрева элемента. Радиатор «холодной» стороны, напротив, имеет только вертикальное оребрение, способствующее конвективному переносу тепла от элемента в окружающий воздух.
В соответствии с принятыми в радиотехнике практическими формулами, количественная разница конвективного теплопереноса с вертикальных поверхностей с горизонтальным и вертикальным оребрением достигает 50%.
Костровой элемент “холодной” стороной к нам.
“Горячей” стороной к нам. Отсутствует съемное горизонтальное оребрение сверху и снизу радиатора.
Костровый модуль в рабочем пространственном положении. Костер должен был бы быть в левой части фотографии.
«Костровой» элемент замечательно работает в широком диапазоне мощностей костра, никаких проблем с его эксплуатацией за полгода не возникло. Элемент Пельтье и подводящие провода (несмотря на мои опасения за их термостостойкость) по-прежнему как новые. Видимо я угадал с размерами и схемой расположения радиаторов.
Автономный термоэлектрогенератор Пельтье. Самодостаточный прибор, в алюминиевом корпусе, со встроенной газовой горелкой, пьезоподжигом, системой лабиринтных теплообменников и воздуховодов. Расход газа – около 10 грамм/час.
Вес генератора с газовой арматурой, кабелем (без газового баллона) – 650 гр. Принцип использования – «выстрелил и забыл» – т.е.
вынес генератор на свежий воздух, открыл газовый вентиль, щелкнул поджигом – и электричество потекло по проводам к алчным его потребителям.
Я провозился с этим монстром полтора месяца. Пару раз он у меня взрывался, выбрасывая клубы пламени. Безумно капризная штука китайский пьезоподжиг, выломанный из кухонной зажигалки. И, напоследок, там оказалась масса сложностей, связанных с обеспечением режима устойчивого управляемого горения газа внутри корпуса.
Сложности эти я постепенно устранил при помощи изменения формы внутренних воздуховодов и воздухозаборных отверстий на корпусе. Генератор приемлемо работает, но брать его с собой в серьезные походы я пока не хочу – он получился достаточно тяжелым и довольно капризным.
В принципе можно существенно упростить и улучшить генератор, но пока я его отложил.
Элементы автономного генератора в процессе сборки:
Взяли алюминиевый корпус, на дно посадили пару элементов Пельтье (на термопасту)
Сверху посадили на такую же термопасту игольчатые радиаторы
Сделали крышку теплообменной камеры со впускным и выпускным патрубками
Установили крышку на штатное место, теплообменная камера собрана
Смонтировали горелку, вывели провода. Осталось закрыть крышку.
* на фотографии не показан конусный пламяуловитель (жестяной конус, одевается узким горлом на вводной патрубок теплообменной камеры (латунный), широкой стороной к форсунке горелки) . Элементы Пельтье подключаются последовательно.
Автономный термогенератор Пельтье в штатной конфигурации. Осталось только щелкнуть поджигом.
Процесс пошел..
Преобразователь вышел на штатный режим, заряжает встроенные аккумуляторы.
Солнечный элемент – покупной (www.chip-dip.ru ), 2В, 400 ма. Единственная моя доработка – установка выходного разъема и наклеивание на обратную сторону элемента «липучки». Комплементарную часть липучки я приколол английскими булавками на крышу рюкзака, чтобы элемент можно было легко монтировать и снимать.
Преобразователь, термогенератор-кружка и солнечный элемент. Взаимные габариты.
Вот этими описанными штуковинами я пока закрыл для себя тему теплоэлектричества – генераторы работают, телефоны и фонарики заряжаются.
Но хочется большего. Меня в последнее время в наибольшей степени интересуют источники энергии, применимые в высокоширотных походах (как правило, лыжных) в зимних условиях. При этом хочется иметь в походе энерговооруженность, позволяющую использовать современные приборы типа КПК/GPS/радиосвязи каждому участнику похода без оглядок на аккумуляторы.
Устраивать ритуальное поочередное заряжание аккумуляторов вечером на костре/горелке для всех приборов вряд ли реально. Как маломощный/аварийный источник электроэнергии термогенераторы подходят, а вот как коллективная электростанция не очень.
Кроме того, хочется иметь «безусловный» источник электропитания – не требующий предварительного разведения огня и т.п.
В поисках решения я внимательно изучил техническую документацию на щелочные элементы питания DURACELL, которую можно найти по адресу http://www.duracell.com/oem/productdata/default.asp и усмотрел следующие особенности:
1) хранение неподключенных элементов даже при значительных отрицательных температурах практически не вызывает деградации их емкости.
2) Напряжение отсечки в 0.8В, обычно рассматриваемое как напряжение разряженной батареи, отнюдь не означает полный разряд – из батарейки можно брать электричество и дальше. Тем более что нас не интересуют необратимые процессы в батарейке – мы не будем ее перезаряжать, а просто выкинем (утилизируем!) по исчерпании.
3) Максимальное время работы батареи достигается в режиме потребления постоянной мощности (а не в режимах постоянного сопротивления или постоянного тока нагрузки).
И у меня появилась идея – сделать «ампульный» источник энергии, работающий от одной батарейки АА (ААА), и «высасывающий» ее «досуха». Понятно, что 1.2-1.
4В выходного напряжения одного элемента не хватает для питания какой-либо техники, необходим преобразователь напряжения. Он же обеспечит нам режим «постоянной мощности потребления».
Я купил очень хороших микросхем преобразователей NCP1400А в терраэлектронике (www.terraelectronica.ru ), развел и заказал в www.tabe.ru печатную плату и собрал преобразователь.
Микросхемы DC-DC преобразователей NCP1400A от ON SEMICONDUCTOR http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=NCP1400A запускаются от 0.8 В и продолжают работать при входном напряжении до 0.2 В. Такие параметры позволяют питать преобразователь практически от любого физического источника разности потенциалов – например от спелой дыни (или даже груши), воткнув в нее 2 электрода. В случае с элементами Пельтье преобразователь сможет работать при перепаде температуры на элементе не более 30 градусов.
Конструктивно преобразователь собран на плате, повторяющей габариты стандартного элемента ААА. Это сделано для того, чтобы можно было использовать готовые батарейные отсеки, которые можно купить, например в Чип-Дипе (www.chip-dip.ru ) по 11 руб.
Берется отсек на 2 элемента, вместо одной из батареек устанавливается преобразователь и опля! Преобразователь включен в соответствии с документацией http://www.onsemi.com/pub/Collateral/NCP1400AV50EVB_SCHEMATIC.PDF . Для обеспечения зарядки телефонов с литиевыми аккумуляторами опять приходится прибегать к шельмовству – включать 3 (для Siemens-75 достаточно 2) диода между выходом преобразователя и выводом OUT микросхемы NCP1400. И еще важный момент (который я поначалу упустил). Между выходом преобразователя и выходным разъемом необходимо установить диод (лучше Shortkey). Иначе при разрядке батарейки ток начнет течь обратно – из заряжаемого устройства в преобразователь. И все драгоценное электричество перейдет в тепло.
печатной платы не привожу, ибо там нет выходного диода. Но и схема и плата примитивны, если кому надо – пишите, вышлю. Если есть руки – сделать совершенно не проблема. Ну а если рук нет – даже самая подробная инструкция не поможет J.
Первые модули ампульных источников 🙂 .(пока без выходного диода). Размер платы соответствует батарейке типоразмера ААА.
Идеология использования «ампульного» источника следующая:
Единицей расхода энергии является 1 элемент АА (ААА). Перед походом элементы по одному упаковываются (запаиваются) в целлофан. Можно добавить жареный силикагель J или рисовые зерна (как влагопоглащающее средство).
При необходимости в электроэнергии извлекается из упаковки 1 элемент и снаряжается в преобразователь. Одного элемента DURACELL AA хватает примерно на 6 часов при выходных параметрах преобразователя 5В, 0.1А (КПД преобразователя и обвязки принимаем 70%).
Это значения расчетные, экспериментальные будут позже. В чем особенности предлагаемого способа организации электропитания?
1) Поскольку используется 1 элемент, его емкость может быть использована максимальным образом по сравнению со схемами, содержащими несколько элементов, подключенных последовательно (емкость которых можно использовать с точностью до наихудшего из элементов).
2) Малые габариты источника позволяют «прописать» его во внутреннем кармане одежды, что позволяет обеспечить комфортную для электрохимических элементов температуру (что тоже увеличивает эффективную емкость).
3) Источник всеяден. Любые батарейки подходящие по размеру могут быть использованы без потери источником потребительских свойств (включая угольные).
4) Параметры используемых микросхем преобразователей позволяют «выжимать досуха» любые элементы питания.
Проблемы:
1) Мощность источника ограничена 0.5 Вт. Параллельное включение источников, если и возможно, требует дополнительных исследований.
2) Необходимы дополнительные исследования для определения необходимости реализации отдельной цепи отключения преобразователя при разряде элемента питания. В случае с телефоном такая цепь необходима (диод перед выходным разъемом). Для USB необходимость данной цепи неочевидна, но в силу некоторых причин может оказаться важной.
Я собираюсь использовать «ампульный» источник для одной своей задумки – комплекса навигационной безопасности для высокоширотных походов. Смысл задумки – обеспечить ВСЕХ участников похода информацией об их взаимном положении и об их положении на глобусе.
Комплекс состоит из GPS-приемника с контроллером («компьютером») и приемопередатчиком (в общем, готово, но уж совсем в технические подробности я здесь не полезу). GPS-приемник размещен либо в рюкзаке, либо на санках у кого либо из участников.
Каждый из участников похода имеет при себе (в кармане) небольшой прибор (размером со спичечный коробок) с приемопередатчиком и подключенной к нему гарнитурой. Прибор обеспечивает радиосвязь между участниками, а также условными сигналами выдает сигналы коррекции курса, и сигналы тревоги при пропадании сигнала от кого-либо из участников.
Заодно система работает и как лавинный пингер. Описанные функции комплекса – это то, чего лично мне не хватает в высокоширотных походах (походах в безлесной зоне) в условиях плохой видимости:
– уверенности, что никто не отстал без необходимости постоянно оглядываться;
– возможности постоянной коррекции курса движения без остановки, извлечения из кармана и включения GPS и т.п. При этом курс на точку назначения естественно корректируется в процессе движения (в отличие от магнитного курса).
В общем, большинство компонентов у меня уже есть в наличии, написаны куски кода. Возможно, успею испытать все это к марту. А может все переиначу J. Архитектура системы может показаться странной, но она оптимизирована под готовые покупные блоки и минимизацию энергопотребления.
Если чего-то непонятно, или наоборот 🙂 – связаться со мной проще всего по эл. почте, указанной на страничке Контакты.
Термогенераторы: как «сварить» электричество на газовой плите
Сколько ни пользуйся, платить все равно фиксированную сумму, и почему же не превратить уже оплаченный, но не использованный газ в халявную электроэнергию? Так на форуме появилась новая тема, которая была подхвачена остальными участниками: задушевная беседа помогает не только сократить рабочий день, но еще и убить свободное время.
Было предложено множество вариантов. Просто купить бензиновый генератор, а заправлять его бензином, полученным перегонкой бытового газа, либо переделать генератор для работы сразу на газу, как автомобиль.
Вместо двигателя внутреннего сгорания предлагался двигатель Стирлинга, известный также как двигатель внешнего сгорания.
Вот только топикстартер (тот, который создал новую тему) претендовал на мощность генератора не менее 1 киловатта, но его урезонили, мол, такой стирлинг не поместится даже в кухне небольшой столовой.
Кроме того немаловажно, чтобы генератор был бесшумным, иначе, ну, сами знаете что.
После множества предложений кто-то вспомнил, как видел в какой-то книжке рисунок, где показана керосиновая лампа с приспособлением в виде многолучевой звезды для питания транзисторного приемника. Но об этом будет сказано чуть дальше, а пока…
Термогенераторы. История и теория
Для того, чтобы получить электричество непосредственно от газовой горелки или другого источника тепла, применяются термогенераторы. Так же, как и у термопары, их принцип действия основан на эффекте Зеебека, открытом в 1821 году.
Упомянутый эффект состоит в том, что в замкнутой цепи из двух разнородных проводников появляется э.д.с., если места спаев проводников находятся при разных температурах. Например, горячий спай находится в сосуде с кипящей водой, а другой в чашке с тающим льдом.
Эффект возникает от того, что энергия свободных электронов зависит от температуры.
При этом электроны начинают перемещаться от проводника, где они имеют более высокую энергию в проводник, где энергия зарядов меньше.
Если один из спаев нагрет больше другого, то разность энергий зарядов на нем, больше, чем на холодном. Поэтому, если цепь замкнута, в ней возникает ток, именно та самая термоэдс.
Приблизительно величину термоэдс можно определить по простой формуле:
E = α * (T1 – T2). Здесь α – коэффициент термоэдс, который зависит только от металлов, из которых составлена термопара или термоэлемент. Его значение обычно выражается в микровольтах на градус.
Разность температур спаев в этой формуле (T1 – T2): T1 – температура горячего спая, а T2, соответственно, холодного. Приведенную формулу достаточно наглядно иллюстрирует рисунок 1.
Рисунок 1. Принцип работы термопары
Рисунок этот классический, его можно найти в любом учебнике физики. На рисунке показано кольцо, составленное из двух проводников А и Б. Места соединения проводников называются спаями.
Как показано на рисунке, в горячем спае T1 термоэдс имеет направление из металла Б в металл А. А в холодном спае Т2 из металла А в металл Б.
Указанное на рисунке направление термоэдс справедливо для случая, когда термоэдс металла А положительна по отношению к металлу Б.
Как определить термоэдс металла
Термоэдс металла определяется по отношению к платине. Для этого термопара, одним из электродов которой является платина (Pt), а другим испытуемый металл, нагревается до 100 градусов Цельсия. Полученное значение в милливольтах для некоторых металлов, показано ниже. Причем следует обратить внимание на то, что изменяется не только величина термоэдс, но и ее знак по отношению к платине.
- Платина в этом случае играет такую же роль, как 0 градусов на температурной шкале, а вся шкала величин термоэдс выглядит следующим образом:
- Сурьма +4,7, железо +1,6, кадмий +0,9, цинк +0,75, медь +0,74, золото +0,73, серебро +0,71, олово +0,41, алюминий +0,38, ртуть 0, платина 0.
- После платины идут металлы с отрицательным значением термоэдс:
- Кобальт -1,54, никель -1,64, константан (сплав меди и никеля) -3,4, висмут -6,5.
Пользуясь этой шкалой очень просто определить значение термоэдс развиваемое термопарой, составленной из различных металлов. Для этого достаточно подсчитать алгебраическую разность значений металлов, из которых изготовлены термоэлектроды.
Например, для пары сурьма – висмут это значение будет +4,7 – ( – 6,5) = 11,2 мВ. Если в качестве электродов использовать пару железо – алюминий, то это значение составит всего +1.6 – (+0,38) = 1,22 мВ, что меньше почти в десять раз, чем у первой пары.
Если холодный спай поддерживать в условиях постоянной температуры, например 0 градусов, то термоэдс горячего спая будет пропорциональна изменению температуры, что и используется в термопарах.
Как создавались термогенераторы
Уже в середине 19 века делались многочисленные попытки для создания термогенераторов – устройств для получения электрической энергии, то есть для питания различных потребителей. В качестве таких источников предполагалось использовать батареи из последовательно соединенных термоэлементов. Конструкция такой батареи показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Термобатарея, схематическое устройство
Первую термоэлектрическую батарею создали в середине 19 века физики Эрстед и Фурье. В качестве термоэлектродов использовались висмут и сурьма, как раз та самая пара из чистых металлов, у которой максимальная термоэдс. Горячие спаи нагревались газовыми горелками, а холодные помещались в сосуд со льдом.
В процессе опытов с термоэлектричеством позднее были изобретены термобатареи, пригодные для использования в некоторых технологических процессах и даже для освещения.
В качестве примера можно привести батарею Кламона, разработанную в 1874 году, мощности которой вполне хватало для практических целей: например для гальванического золочения, а также применения в типографии и мастерских гелиогравюры.
Примерно в то же время исследованием термобатарей занимался и ученый Ноэ, его термобатареи в свое время также были распространены достаточно широко.
Но все эти опыты, хотя и удачные, были обречены на провал, поскольку термобатареи, созданные на основе термоэлементов из чистых металлов, имели весьма низкий КПД, что сдерживало их практическое применение. Чисто металлические пары имеют КПД лишь несколько десятых долей процента. Намного большим КПД обладают полупроводниковые материалы: некоторые окислы, сульфиды и интерметаллические соединения.
Полупроводниковые термоэлементы
Подлинную революцию в создании термоэлементов произвели труды академика А.И. Иоффе.
В начале 30 – х годов XX столетия он выдвинул идею, что с помощью полупроводников возможно превращение тепловой энергии, в том числе и солнечной, в электрическую.
Благодаря проведенным исследованиям уже в 1940 году был создан полупроводниковый фотоэлемент для преобразования световой солнечной энергии в электрическую.
Первым практическим применением полупроводниковых термоэлементов следует считать, по-видимому, «партизанский котелок», позволявший обеспечить питанием некоторые портативные партизанские радиостанции.
Основой термогенератора служили элементы из константана и SbZn. Температура холодных спаев стабилизировалась кипящей водой, в то время как горячие спаи нагревались пламенем костра, при этом обеспечивалась разница температур не менее 250…300 градусов.
КПД такого устройства был не более 1,5…2,0 %, но мощности для питания радиостанций вполне хватало. Конечно, в те военные времена конструкция «котелка» была государственным секретом, и даже сейчас на многих форумах в интернете обсуждается его устройство.
Бытовые термогенераторы
Уже в послевоенные пятидесятые годы советская промышленность начала выпуск термогенераторов ТГК – 3.
Основное его назначение состояло в питании батарейных радиоприемников в неэлектрифицированной сельской местности.
Мощность генератора составляла 3 Вт, что позволяло питать батарейные приемники, такие как «Тула», «Искра», «Таллин Б-2», «Родина – 47», «Родина – 52» и некоторые другие.
Внешний вид термогенератора ТГК-3 показан на рисунке 3.
Рисунок 3. Термогенератор ТГК-3
Конструкция термогенератора
Как уже было сказано, термогенератор предназначался для использования в сельской местности, где для освещения использовались керосиновые лампы «молния». Такая лампа, оснащенная термогенератором, становилась не только источником света, но и электричества.
При этом дополнительных затрат топлива не требовалось, ведь в электричество превращалась именно та часть керосина, которая просто улетала в трубу.
К тому же, такой генератор был всегда готов к работе, конструкция его была такова, что ломаться в нем просто нечему. Генератор мог просто лежать без дела, работать без нагрузки, не боялся коротких замыканий.
Срок службы генератора, по сравнению с гальваническими батареями, казался просто вечным.
Роль вытяжной трубы у керосиновой лампы «молния» играет удлиненная цилиндрическая часть стекла. При использовании лампы совместно с термогенератором стекло делалось укороченным, и в него вставлялся металлический теплопередатчик 1, как показано на рисунке 4.
Рисунок 4. Керосиновая лампа с термоэлектрическим генератором
Внешняя часть теплопередатчика имеет форму многогранной призмы, на которой установлены термобатареи. Чтобы увеличить эффективность теплоотдачи теплопередатчик внутри имел несколько продольных каналов. Проходя по этим каналам горячие газы уходили в вытяжную трубу 3, попутно нагревая термобатарею, точнее, ее горячие спаи.
Для охлаждения холодных спаев использовался радиатор воздушного охлаждения. Он представляет собой металлические ребра, прикрепленные к внешним поверхностям блоков термобатарей.
Термогенератор – ТГК3 состоял из двух независимых секций. Одна из них вырабатывала напряжение 2В при токе нагрузки до 2А. Эта секция использовалась для получения анодного напряжения ламп с помощью вибропреобразователя. Другая секция при напряжении 1,2В и токе нагрузки 0,5А использовалась для питания нитей накала ламп.
Нетрудно подсчитать, что мощность данного термогенератора не превышала 5 Ватт, но для приемника ее вполне хватало, что позволяло скрашивать долгие зимние вечера. Сейчас, конечно, это кажется просто смешным, но в те далекие времена такое устройство было, несомненно, чудом техники.
В 1834 году француз Жан Шарль Атаназ Пельтье открыл эффект, противоположный эффекту Зеебика. Смысл открытия в том, что при прохождении тока через спай из разнородных материалов (металлов, сплавов, полупроводников) выделяется или поглощается тепло, что зависит от направления тока и типов материалов. Об этом подробно рассказано здесь: Эффект Пельтье: магическое действие электрического тока
Термоэлектрический генератор(ТЭГ) на модулях Пельтье
Приветствую всех читателей. В предыдущей теме:Автономная солнечная система в Подмосковье я упомянул про свой ТЭГ, который помогает при отсутствии солнца. В х люди просили на этом остановиться подробнее. Вот, вспомнил, что да как. И отвечаю. Сперва идут мои материалы с Форумхауса многолетней давности. Не все, а для понимания.
Итак, год назад, перед ноябрьским отключением электричества, я сваял примитивный термоэлектрический агрегат из одного модуля Пельтье из Вольтмастера, самый дешёвый на 127 ватт холода. Особенности таких модулей – эффективность в генерации 2-3%, максимальная температура нагрева – 150 градусов Цельсия. Из разнообразных обрезков(см. фото)
алюминия склеил/скрутил вокруг модуля два радиатора – один(нижний) на печку для уменьшения температуры, поступающей к модулю, второй – сверху для быстрейшего охлаждения холодной стороны модуля. Оговорюсь, что в охлаждении не силён совсем, посему лепил алюминь, как попало.
Весь агрегат ставился на печку( печь-шведка), точнее на её чугунную плиту, перед растопкой(температура чугунины максимум-до 250 градусов). Эффективная температура на плите держится около 3 часов, средняя выработка энергии в эти часы – 2-2.5 ватт/час. За одну топку получается около 6 ватт энергии кошкины слёзы. Печь топилась каждый день, поэтому в месяц выходило что то около 200 ватт.
К выводам агрегата крокодилами подключался простой стабилизатор( из набора e-kits) и потом заряжались пальчиковые батарейки.
В таком виде, в силу маломощности, перспектив я не увидел
Были приобретены модули Пельтье американские от Thermal Enterprises ( вот такие: Model CP1-1273062mm x 62mm x 3.
8mmMaxiumu power consumption 545 WattsOperates from 0-16 volts DC and 0-32 ampsOperates from -60 deg C to +180 deg CEach device is fully inspected and testedFitted with 6-inch insulated leadsPerimeter sealed for moisture protection)Блок из 4 шт этих Гигантиков, соединённых последовательно. Общая тепловая мощность 2180Вт. Радиатор снизу и сверху алюминий+ вентилятор большой.
Подключены были первый год к большому контроллеру (на фото), во второй год – к малому (на фото 30А), все подключения шли через ваттметры (на фото), люблю я их, удобно. Вот мощность с них и снимал – правый нижний угол – мощность на данный момент, левый нижний общая выработка.
0ватт – когда печь холодная, потом постепенное увеличение до прим 30ватт (максимум, что наблюдал, без записи это 37ватт), потом остывание и опять 0 ватт.
Все что выше – это цитаты с Форумхауса 2011-2014 годов.Теперь о том, что есть сейчас. И о опыте.
Маленький и маломощный ТЭГ на одном элементе Пельтье сгорел на второй год. Не предназначены они все таки для печки. А вот большой блок из мерканцев вполне живой
Хотя года два я его и не доставал. Расчехлил его только в декабре 19-го. Солнца было мало и в качестве малой поддержки покатил.Итак конструкция: четыре элемента, последовательно соединённых, между двумя ал.радиаторами. Нижний радиатор для того, чтобы немного снизить температуру чугунины, а верхний, чтобы рассеять побыстрей максимум. Сверху ручка. Снял-поставил обратно. Провода на автомат
А с него, через DC-DC преобразователь, на аккумуляторы.В первые года крепилась еще стойка с вентилятором для обдува радиатора, но потом выкинул ее. Не нужна. Проще передвинуть по чугунине печки куда нибудь на край. Там где похолодней. Этой зимой топлюсь осиной и липой в основном, а от них жара мало.
И чугунина особо и не разогревается. Почти нужные 180 градусов и есть.Теперь по выработке. Жить на такой выработке невозможно. Только в качестве хобби или для малой подзарядки аккумуляторов.Реальный КПД на производство энергии с них, при дельте в 60градусов – 2,4%.
То есть от 2 с лишним штатных киловатт остается 52 ватт в час. У меня при средней топке в 2.5-3 часа, идет выработка энергии до 5 часов(вместе с остыванием). И суточная выработка от 140 до 190 ватт. В месяц около 5квт.
Последние года я забросил эту игрушку, потому как и ветряк и солнечные батареи даже зимой дают на порядок больше, но в этом году как-то звезды неудачно сошлись. И контроллер ветряка полетел. Пришлось две недели новый ждать. И солнца до нового года почти не было. Поэтому и вытащил с антресоли этот агрегат.
Но на 21 января он опять закинут на антресоль.PS стоили 8 лет назад такие штатовские элементы на ебэе 25$. Сейчас таких не видел, только гонконгские.
PPS есть у меня почти со школьных лет приятель Витя. Человек очень сложной судьбы. Сейчас он вроде как бомж. И живет в основном рядом или под или над тепломагистралями. Вот ему я подарил пять лет назад такую установку. Бочины трубы больше 100 градусов, и 24 часа в сутки. Теперь Он с нотебуком не расстается. И лампочка светит постоянно.
[моё] Автономность Рукожоп Замкадье Длиннопост Похожие посты закончились. Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам:
Мощный генератор на 12 модулях Пельтье
Лучшее время для работы термогенератора на основе элементов пельтье, это конечно же зима. Потому что их нужно хорошо охлаждать, чтобы хоть что-то получить.
В эксперименте с испытанием мощного генератора использованы 12 модулей Пельтье TEC1-12706. Самые дешевые и популярные, продаются в этом китайском магазине. Для него есть кулер охлаждения.
Охлаждение в показанном примере осуществлялось вентилятором мощностью 5,4 ватта, 12 вольт.
О том, что это такое элемент Пельтье, какие у него характеристики и как работает, конструкции рабочих моделей, описано в нескольких статьях на нашем сайте, которые вы легко сможете найти через строку удобного поиска.
Товары для изобретателей Ссылка на магазин.
Цель эксперимента узнать, какую максимальную мощность может выдать обычный китайский самый дешевый термоэлемент в зимнее время года.
Итак, с началом эксперимента печь растоплена, когда дрова немного разгорелись, термогенератор начал работать и запустился вентилятор. Он охлаждает холодную сторону термоэлементов. Схема простейшая. В конце видео показано, как собирается такой термогенератор.
В ходе эксперимента будет достигнуто максимальное напряжение холостого хода этого генератора. Потом при помощи потенциометра это напряжение будет понижено ровно вполовину. Тем самым уровняется сопротивление генератора и сопротивление нагрузки. Тогда в генераторе и в нагрузке рассеивается одна и та же величина мощности. Это даст 50 процентную мощность, точнее кпд 50% отдаваемой мощности. Это соответствует эффективности всего лишь 50%. Но зато выход такой мощности будет максимальным в таком соотношении. Но передача максимальной мощности имеет место только при таком соотношении!
По мере разогрева печи растет напряжение, выдаваемое электрогенератором. Вентилятор набрал обороты, это довольно мощный вентилятор мощностью 5,5 ватт. Поэтому часть мощности он будет отбирать на себя. Та мощность, которую сейчас будет определена, это будет полезная мощность. Больше 26 вольт напряжение не поднимается. Подключаем потенциометр и начинаем добавлять сопротивление.
Электроника для самоделок в китайском магазине.
Теперь плавно доводим напряжение до 13 вольт. Зафиксирована мощность 9 ватт. Пока шли настройки, генератор прогрелся и мощность упала на 1,5 ватт.
Кратковременно удалось получить до 9 ватт. Но потом мощность упала и остановилась в пределах 7,5 ватт. Но этот показатель держался стабильно. Этой мощности хватит для зарядки любого телефона, смартфона или планшета.
Из 12 элементов пельтье получается 0,5 ватт и более на один элемент. При температуре воздуха ноль градусов это неплохой показатель на воздушном охлаждении. При температуре -20 результат был бы на порядок выше.
Поэтому вполне возможно получить даже до одного ватта на один элемент пельтье, но при большом морозе.
Теперь вентилятор будет подключен через ваттметр для того, чтобы посмотреть, сколько полезной энергии расходуется на его работу. Прибор показал 6 ватт.
Если бы не этот вентилятор, можно было бы добавить еще 5-6 ватт к мощности этого термогенератора.
В продолжение эксперимента вентилятор планировалось отключить, чтобы охлаждение делать с помощью снега. После того, как вентилятор сброшен, радиатор будет обильно покрыт снегом. Однако, в эксперименте произошла неожиданная авария.
После того, как был снят вентилятор, печка перегрелась и вышел из строя какой-то из элементов пельтье, расплавившись без охлаждения. В системе произошло разъединение контактов. Поэтому вентилятор является в данном устройстве полезным элементом.
Для безопасности же необходимо использовать защитные решетки.
Вывод следующий: порядка 1 ватта на элемент пельтье можно получить при хорошем морозе. Есть места, например якутия или дальний север, температура доходит до минус 50 градусов цельсия. Так что там 1 ватт с элемента получить будет просто.
Представьте, в юрте печка, а за ней стена размером 1 x 2 м. Теплый стороной внутрь печки, а холодный наружу, где мороз и ветер. С одного квадратного метра таких элементов можно снять до 0,5 киловатта электричества.
То есть, с 2 квадратных метров можно получить до одного киловатта электроэнергии.
Такие мощные печи на основе элементов Пельтье производятся в России. Называются они «Электрогенерирующая печь Индигирка». Купить их можно в этом магазине, скидочный промокод 11920924.
Конструкция такого термогенератора предельно проста. 12 самых дешевых китайских элементах пельтье зажимаются между двумя алюминиевыми радиаторами, которые должны иметь ровные, в идеале полированные, поверхности.
Естественно, на каждую сторону термоэлемента наносится термопаста. Скручиваем радиаторы болтами и соединяем проводами. Крепим кулер, желательно мощнее. Ну и сама печка. Это кусок оцинковки, лучше нержавейки. Крепится к горячему радиатору болтами.
Потом делается дно с отверстиями 7-8 миллиметров для забора воздуха.
Есть продолжение этого эксперимента. Чтобы найти его, напишите в поиске по сайту: Пельтье на воздушном охлаждении.
Как получить бесплатное электричество (мы нашли четыре способа)
Pixabay
Как получить электричество от батареи отопления
Для того чтобы получить бесплатное электричество от радиаторов отопления, нам понадобится дополнительное оборудование в виде термоэлектрического элемента Пельтье. Элемент Пельтье представляет собой две керамические пластины, между которыми заключено большое количество полупроводников в виде термопар.
Принцип действия основан на возникновении разности температур при протекании электрического тока. Обычно такие устройства используют для создания мобильных холодильных установок, но можно добиться и обратного эффекта. Достаточно изменить полярность подключения элемента, и эффект охлаждения сменится на нагревание.
Элемент Пельтье. aliexpress.ru
Если с одной стороны подвести тепло к этому элементу, а с другой, наоборот, охлаждать его, то благодаря созданию разности температур на его поверхностях, можно снимать с него электроэнергию, которой вполне хватит, например для работы светодиодной лампы.
Чтобы закрепить конструкцию на трубе отопления, можно воспользоваться алюминиевым уголком. А для повышения плотности контакта образовавшиеся зазоры можно уплотнить алюминиевой фольгой.
1- Труба отопления
2- Алюминиевый уголок
3- Радиатор от старого ПК
4- Элемент Пельтье (40*40 мм)
5- Повышающий преобразователь
6- Алюминиевая фольга
( Youtube / Игорь Белецкий)
Также потребуется преобразователь напряжения, который повышает создаваемое элементом Пельтье напряжение 0,5 В до 3–5 В, необходимых для работы светодиодной лампы.
Повышающий преобразователь напряжения. aliexpress.ru
С одной стороны мы нагреваем элемент Пельтье теплом от радиатора отопления, а с другой стороны охлаждаем его окружающим воздухом. Чтобы увеличить площадь поверхности охлаждения, можно использовать обычный радиатор охлаждения от старого компьютера. Чем больше будет его площадь, тем лучше.
Такое устройство может пригодиться в качестве бесплатного дежурного освещения, например, в подъезде. Конечно, этот метод получения электричества можно назвать лишь условно бесплатным, ведь за отопление вы так или иначе платите деньги, но почему бы не использовать кэшбек в виде бесплатной электроэнергии?
Электроэнергия из водопровода
Второй не менее интересный способ — врезка минигенератора в водопровод. Получение электричества от энергии движения потока воды само по себе не ново. Гидроэлектростанции, использующие подобный принцип, работают по всему миру. А плотины для их использования являются одними из самых сложных технических устройств.
Интересный факт: При возведении плотины Гувера было израсходовано 600 тыс. тонн цемента и 3,44 млн м³ специального наполнителя. Бетон, залитый в 1933 году до сих пор окончательно не застыл.
В процессе строительства участвовали более 5 тыс. рабочих, 96 человек погибло.
Небольшие генераторы, которые можно установить непосредственно в домашний водопровод, можно приобрести в интернет-магазинах. Генератор, подключают к небольшому аккумулятору и используют накопленную таким образом электроэнергию для освещения.
aliexpress.ru
Некоторые умельцы делают такие генераторы своими руками, собирая их из старого водяного счетчика и помпы от стиральной машины. Подключают такие генераторы даже к бачкам унитаза. Расчеты показывают, что выработки электричества от одного смыва бачка унитаза хватит на 12 минут непрерывного свечения светодиодной лампы мощностью 5 ватт.
Youtube / Дмитрий Компанец
Электричество от самодельных элементов питания
Электроэнергию можно получить от импровизированных батареек, собранных буквально «на коленке». Как известно любая батарея использует в своей основе заряженные частицы образующиеся в процессе взаимодействия металлов, помещенных в токопроводящую жидкость.
Достаточно взять две пластины различных металлов, например, цинка и меди, и поместить их в стаканчик с водой, а затем замкнуть эту цепь, используя в качестве нагрузки светодиодную лампу. Такая конструкция позволит вам получить порядка 0,8 В.
Причем это напряжение не будет зависеть от площади пластин.
Если подсоединить несколько таких пар пластин последовательно, то вы получите довольно емкую батарею, которой хватит на работу хорошего светодиодного фонаря.
classtube.ru
Электричество из земли
В 1896 году Натан Беверли Стаблфилд изготовил батарею, используя для этого энергию земли и получил патент на своё устройство.
Для него нужны два провода, один металлический без изоляции – чтобы он мог активизировать магнитное поле, которое создается и поддерживается в пределах и вокруг тела катушки. Второй – медный в обмотке, который наматывается на стальной сердечник.
Youtube / Lidmotor
После каждого витка укладывается слой изолирующего материала. Такую конструкцию помещают во влажную землю, провода выводят наружу и батарея улавливает естественные электрические токи, позволяя использовать электричество в своих целях. Такие батареи можно использовать, например, на своем участке для декоративной подсветки дорожек.
Youtube / Lidmotor
Как видите, электрическая энергия окружает нас и находится буквально повсюду. Главное – это знать основные принципы и законы, по которым она извлекается и тогда извлечь ее не составит труда даже в домашних условиях с минимальными затратами.
document.addEventListener('DOMContentLoaded', function () { const smotriSdk = new window.SmotriSdk.Sdk(); smotriSdk.initPlayer(['playerSmotriFirst']); });Во время загрузки произошла ошибка.
Загрузка...
