Что можно сделать из элементов Пельтье?

Элементы Пельтье — казалось бы давно уже не новость, однако многие не совсем ясно представляет принцип их работы, что можно сделать из из них и зачем они вообще нужны. В этом видео изобретатель И. Белецкий покажет несколько наглядных экспериментов, чтобы вас сложилось правильное понимание того, на что способны эти пластинки. Кстати, сегодня их легко приобрести в интернете и заказать доставку по почте. Купить элементы Пельтье лучше всего в этом китайском магазине. Плагин на Гугл Хром для экономии в нём: 7% с покупок возвращается вам. Есть и специальный кулер охлаждения.

Элемент Пельтье

Элемент Пельтье

Самым популярным является элемент размером 40 на 40 миллиметров с маркировкой TEC1-12706.  Это означает что он состоит из 127 пар малюсеньких термоэлементов — полупроводников разного типа, которые попарно соединены при помощи медных перемычек в последовательную цепь м рассчитаны на постоянный ток до 5 А при напряжении 12 вольт.

Схема Элемента Пельтье

Схема Элемента Пельтье

Некоторые думают что элементы Peltier это что-то типа солнечных панелей — такие же плоские, торчат такие же проводки, и те и другие могут генерировать электрический ток. Увы, это не совсем так на самом деле.

У этого девайса есть целых два режима работы. Знаменитый эффект Пельтье. Откуда и пошло название. Это когда вы подводите к элементу постоянный ток и замечаете, что одна из его сторон стала теплее, а другая холоднее. Таким образом он работает как тепловой насос. Очень полезное свойство. Спору нет. Но оказалось, что имеет место и обратный процесс — так называемой эффект Зебека, а именно возникновение электрического тока при поддержании определенной разности температур на сторонах самого модуля. Никогда не перегревайте элементы, если хотите еще раз провести эксперимент с ними. Полупроводники в модуле спаяны припоем, температура плавления которого может лежать в пределах от восьмидесяти до двухсот градусов. А учитывая, где сегодня производится большинство этих элементов, можно только догадываться на каких соплях их спаяли.

Вся неприятность в том, что этот элемент будет нормально работать только при эффективном охлаждении. Например, мы хотим проверить эффект Зебека. Поставим сверху кружку с кипятком. Тем самым не превышено 100 градусов, допустимых по нагреву.  Наблюдаем появление напряжения. Интересно, что если изменить направление тепловой потока через модуль, то изменится направление постоянного тока. Но со временем на второй стороне благодаря теплопроводности элемента Пельтье температура тоже поднимется и напряжение, естественно, упадет.

Чтобы эффект был постоянным, нужен постоянный отвод тепла. Для этого модуль размещают на массивным радиаторое и желательно с активным охлаждением. Показатели явно лучше, как вы понимаете. Это требует дополнительных энергозатрат.

Допустим, вы хотите сделать из этого элемента походную зарядку для мобильников. Тогда на природе радиатор можно поместить в холодную воду, возможно даже проточную или ледяную, что несомненно еще лучше. Применение этих модулей зимой при хорошем дармовом минусе — наиболее перспективно.



Правда, одного элемента для зарядки телефона явно будет маловато. А вот два — это уже лучше. Естественно, если увеличить нагрев, то выходная мощность тоже возрастет. Но это очень рискованный шаг, который можно сделать только ради эксперимента. Работа такого генератора будет длиться недолго.

Теперь перейдем к эффекту Пельтье, то есть к производству холода.

Для эксперимента будет использован автомобильный холодильник. Полезный объем его 20 литров. Обратите внимание — заявленная мощность — 48 ватт при токе 4 ампера и постоянном напряжении 12 вольт. А это значит, что внутри стоит всего лишь 1 маленький элемент Пельтье. Для тех кто не в теме откроем секрет — такую же мощность имеет обычный домашний холодильник, размеры которого в разы больше. Ну да ладно, сейчас не об этом. Проверим его эффективность. Например поставим ему минимальную задачу охладить стаканчик с водой, имеющей комнатную температуру 26 градусов. Для работы холодильника будем использовать блок питания, идеально подходящий по своим параметрам. Дополнительно в цепь будем помещен ваттметр. Он будет в реальном времени отображать ток, напряжение и мощность. Но самое главное — потребление, так называемый ватт в час. Таким образом мы сможем примерно оценить энергозатраты нашего холодильника.

Включаем и видим, все прекрасно работает. Вот ток 4,29 А. Напряжение 11,15 Вольт. Мощность 47,9 Ватт. 0,1 Ватт в час.

Пока процесс идет, проведем более наглядный эксперимент, который покажет, что же именно происходит в холодильнике. Когда подадим на элемент постоянный ток, он начнет перекачивать тепло с одной стороны на другую. Кстаи, если поменять направление тока, то изменится и направление перекачки тепла, что весьма удобно. Главное не забываем об активном охлаждении, потому что пятьдесят ватт электрической мощности нагревает элемент мгновенно. Чем эффективнее мы отведем тепло с горячий стороны, чем холоднее на другой.

Как видите, на самой поверхности модуля вода замерзает очень быстро, ну еще бы — столько энергии сжирает.

Но вернемся к нашему холодильнику. Спустя один час работы температура воздуха внутри упала до пятнадцати градусов, а у воды опустилась до 20. Удивило, что за час работы он съел четко 48 ватт. Через два часа у воздуха было 13 градусов, а у воды 17. И наконец, после трех часов работы температура воздуха остановилась на 13-ти градусах, а в стакане с водой была 15 и ниже 12 она уже не опустится. Ну так себе холодильник, учитывая что он был забит напитками не полностью. Но при этом этот монстр потребил 140 Ватт. Для домашней сети может и не много, но для автомобильного аккумулятора это уже весьма ощутимо. Поэтому здесь и стоит всего лишь один элемент. Потому что больше никакой аккумулятор просто не потянет. А это значит, что кпд такого модуля ничтожно мал — буквально считанные проценты, что опять же зависит от производителя. Такой холодильник больше напоминает хороший термос. Если бы взяли из дома холодные продукты, то он бы просто не позволил им быстро нагреться. Делать такие холодильники большими энергетически невыгодно.

Кстати это относится и к самодельщикам,  пытающихся делать на этом принципе автомобильные кондиционеры. Есть более эффективные технологии, а вот использовать элементы Пельтье для охлаждения чего-то маленького и компактного — просто идеальное решение. Есть целый спектр таких устройств, например охлаждать процессоры или микросхемы различных малогабаритных приборов. В этом скорее всего и есть самый главный плюс таких элементов. Они миниатюрны и минимальны по весу. По сравнению с теми же фотоэлементами у Пельтье минусов конечно больше, ну а самый эффект безусловно заслуживает внимания. В конце концов все зависит от решаемых задач а если энергия халявная, то высокий КПД не так уж и важен.

До скольки градусов можно охладить элемент? Об этом в отдельном видео.




Еще статьи по теме "Генераторы энергии":

Посмотреть последние комментарии
  1. А как змеевик у дистилляционного аппарата им охладить? Надоедает возня с водяными трубками, да и летом вода не слишком холодная в водопроводе? Как приспособить? Змеевик — либо это трубка из нержавейки свернутая пружиной, либо эта же трубка запаянная в кожух проводящий воду. Как исхитриться? Может змеевик в виде пружины залить в олово в прямоугольной формочке и наклеить на него элемент, а остальную поверхность теплоизолировать?

  2. Святослав! Идея интересная, но мощность одного элемента Пельтье для охлаждения горячей воды, вызывает сомнения в его эффективности. Видимо, нужно применить батарею элементов.

Оставьте комментарий к этой записи

* Текст комментария
* Обязательные для заполнения поля