Mit Hilfe einfacher Geräte können Sie den Wärmeverlust durch Erhitzen von Luft oder Flüssigkeiten nutzen. In diesem Artikel zeigen wir Ihnen, wie Sie die Abfallenergie von Öfen, Kesseln und offenen Feuerstellen nutzen können, indem Sie sie in kleinen elektrischen Gleichstrom umwandeln..
Jeder chemische Prozess findet unter Freisetzung verschiedener Arten von Energie statt. Eine so starke Quelle wie die Verbrennung wurde schon immer verwendet. Es kann als primäre Wärme- und Lichtquelle bezeichnet werden. Fast alle Substanzen auf der Erde verbrennen, während sie Wärme und Licht in unterschiedlichen Mengen abgeben. Die Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie ist nicht schwierig, wenn Sie eine funktionierende Dampfturbine zur Hand haben, ähnlich der im BHKW installierten. Dies ist ein sperriges und komplexes Gerät, das wahrscheinlich keinen Platz im Heizraum eines Landhauses findet. Wir werden versuchen, von der Wärme zu profitieren, die durch Ofenheizung oder Wasserheizung erzeugt wird.
Der Peltier-Effekt ist das Phänomen der Temperaturdifferenz, wenn Thermoelemente zweier verschiedener Leitertypen (p-Typ und n-Typ) interagieren, wenn ein Gleichstrom durch sie fließt. Der Seebeck-Effekt ist eine Folge des Peltier-Effekts, wenn beim Erhitzen eines der Thermoelemente ein elektrischer Strom erzeugt wird. Wir werden die Thermodynamik des Prozesses nicht im Detail beschreiben – diese Informationen, die schwer zu verstehen sind, sind leicht in Nachschlagewerken zu finden. Wir sind an dem Ergebnis und den Optionen für die praktische Anwendung interessiert..
Thermoelektrisches Moduldesign
Das thermoelektrische Modul (TEM) besteht aus mehreren Thermoelementen, die durch eine Kupferplatte miteinander verbunden sind. Das Thermoelementfeld wird zwischen zwei Keramikplatten geklebt. Ein solches Modul kann nur werkseitig montiert werden. Es ist jedoch möglich, zu Hause mehrere TEMs für Ihre eigenen Bedürfnisse zusammenzustellen. Peltier-Seebeck-Elemente sind in Fachgeschäften (und auf Websites), die technologische Geräte verkaufen, frei erhältlich.
Wir sammeln TEM für 5 V.
Was du brauchst:
- Peltier-Modul TEC1-12705 (40×40) – 2 Stk.;
- Aufwärtswandler der konstanten Spannung EK-1674;
- Duraluminiumplatte 3 mm dick;
- Wassertank mit perfekt flachem Boden (Eimer);
- Heißkleber;
- Lötkolben.
Wir schneiden zwei identische Platten aus einer Duraluminiumplatte heraus, etwas mehr als zwei nebeneinander liegende Module. Wir befestigen die Platten auf den Modulen auf beiden Seiten mit Schmelzkleber. Wir fixieren (heiß schmelzen) das resultierende „Sandwich“ am Boden des Eimers. Ein solches Design kann bereits in Brand gesetzt werden, aber wir werden am Ausgang unbrauchbare 1,5 V erhalten. Um die Eigenschaften zu verbessern, benötigen wir einen Aufwärtswandler, den wir in die Schaltung einlöten. Dadurch wird die Spannung auf 5 V erhöht, was bereits ausreicht, um ein Mobiltelefon aufzuladen..
Beachtung! Der Konverter hat Abmessungen von 1,5 x 1,5 cm. Wenn keine Fachkenntnisse vorhanden sind, vertrauen Sie das Löten einem Spezialisten an.
Der Temperaturunterschied in unserem Design wird durch Erhitzen einer Seite (von einem Ofen oder einer Flamme) und Abkühlen der anderen Seite (Wasser in einer Pfanne) erhalten. Je größer der Unterschied ist, desto effizienter arbeitet das Modul. Um im Mikrogeneratormodus zu arbeiten, ist daher eine relativ niedrige Wassertemperatur in der Pfanne erforderlich (es ist besser, sie regelmäßig auszutauschen). Um die begehrten 5 V zu erzeugen, reicht es aus, die Struktur mit einer brennenden Kerze auf ein Glas zu stellen.
Durch die proportionale Kombination von mehr Modulen erhalten wir ein effizienteres Stromerzeugungssystem. Dementsprechend erhöhen wir mit zunehmender Struktur den Wärmetauscher proportional. In diesem Fall muss die zu kühlende Oberfläche vollständig mit einem Wasserbehälter bedeckt sein (die einfachste und kostengünstigste Option)..
Alles ist so einfach, dass sofort der Wunsch besteht, mehr Module zu einem System zusammenzubauen und 220 V aus dem Feuer zu erzeugen. Schließen Sie dann eine Ölheizung oder eine Klimaanlage an. Ein solches einfaches System hat seine Nachteile, und das Hauptproblem ist die geringe Effizienz. Normalerweise überschreitet diese Zahl 5% nicht. Dies führt zu einer relativ geringen Stromstärke von 0,5 – 0,8 A und einer sehr geringen Leistung – bis zu 4 W..
Für eine Pumpe oder Glühlampe ist dies vernachlässigbar, aber völlig ausreichend für:
- Laden von Batterien bis zum Motorrad (in Optionen, die proportional zu den Anforderungen sind);
- Betrieb von Leuchtdiodenlampen (LED);
- Funkempfänger.
Im Winter arbeitet das System an einer Außenquelle so effizient wie möglich..
Die Materialkosten für die Montage eines thermoelektrischen Mikrogenerators für 5 V:
Name Preis, reiben. Hinweis Peltier-Modul TEC1-12705 (40×40) * – 2 Stck.. 600 Preis für 2 Stück. Gleichspannungs-Aufwärtswandler EK-1674 320 Duraluminium 300 Blatt für Eimerversion Schmelzkleber Radial 150 2 ml Kelle einhundert Neu Insgesamt für Materialien 1470 * – Dieses Artikelmodell wurde aus Preisgründen ausgewählt. Das Angebot an TEMs von Zulieferfirmen ist recht breit, sodass Sie produktivere (bis zu 8 V) Modelle auswählen können (diese sind erheblich teurer)..
Fabrikprodukte dieses Designs erscheinen gerade erst zum Verkauf. Die Serienproduktion erfolgt in kleinen Mengen und das Sortiment ist klein. Die Kosten für einen solchen „Eimer“ beginnen bei 2500 Rubel.
Ein Werksthermogenerator ist ein Gerät, das auf dem Peltier-Seebeck-Effekt basiert und direkt an einer beheizten Oberfläche befestigt werden kann. Von der oben beschriebenen Konstruktion unterscheidet es sich durch die Werkskonstruktion (was Zuverlässigkeit bedeutet), das Fehlen eines flüssigen Wärmetauschers (anstelle dessen – Rippen zur Luftkühlung) und einen höheren Preis.
Ein Standard-Fahrthermogenerator weist die folgenden Eigenschaften auf:
Stromspannung 13,5 V. Stromstärke 0,16 A. Leistung 2,2 Watt Gewicht 1,6-2 kg Gepanzertes Kabel Ja Überhitzungsschutz Ja Satz Standardanschlüsse Ja Abmessungen (ungefähr) 150x150x200 mm Preis Ab 7000 reiben. Wie Sie der Tabelle entnehmen können, sind Zuverlässigkeit und Nützlichkeit der Fabrik nicht billig. Es kann jedoch nicht gesagt werden, dass es der hausgemachten Version mit einem Eimer funktional überlegen ist. Beeindruckende 13,5 Volt beschleunigen das Aufladen des Mobiltelefons, aber Sie müssen auf der Wanderung 2 kg Gewicht mitnehmen, was angesichts der Größe des Geräts ein unerschwinglicher Luxus ist. Und natürlich bringt der Preis zum Nachdenken. Für diesen Betrag können Sie nicht einen „Thermobeimer“, sondern eine „Thermopfanne“ sammeln und Ihren Laptop ruhig aufladen. Und noch eine Nuance: Das Gerät muss bei Verwendung eines offenen Feuers immer noch auf einer Metallplatte befestigt werden.
Im Allgemeinen ist dies eine angenehme und bequeme Ergänzung für diejenigen, die keine Probleme mit Geld und freiem Platz im Kofferraum haben..
Energieofen
Bis heute ist ein Energieofen die Apotheose für den Einsatz von TEM im Alltag. Dies ist ein Fabrikprodukt, in der Tat ein Ofen-Ofen für jede Art von festem Brennstoff mit einem integrierten thermoelektrischen Modul. Ideal für Jagdhütten, Sommerhäuser, abgelegene Winterquartiere und im Allgemeinen für jede Art von Leben fernab der Zivilisation. Entwickelt für den autonomen Gebrauch (ohne periphere Kühlkörper), hat nur einen Herd und einen Kamin. Bietet Essenszubereitung. Die stärksten Peltier-Seebeck-Elemente sind in diesem Ofen installiert..
Eigenschaften des Energieofens:
Ausgangsleistung 25-50 W. Ausgangsspannung 12 in Firebox-Volume 30-60 Liter Gewicht 30-60 kg Wärmekraft 4-6 kW Stabilisator Ja Werksanschlüsse Ja Überhitzungsschutz Ja Preis 23.000–40.000 Rubel. Obwohl der Ofen tragbar ist, ist er sicherlich die „Schwergewichtsklasse“ unter den Haushaltsgeräten. Der Aufgabenbereich des Energieofens ist jedoch recht breit – er kann sogar Autobatterien aufladen, ganze Räume mit LED-Lampen beleuchten. Sie findet einen Platz im Expeditionswagenzug und im Geländewagen, im Technikraum und auf dem Land. Mit anderen Worten, in diesem Fall haben wir immer eine Wärmequelle dabei, es bleibt Kraftstoff zu finden.
In seiner Nische ist der Energieofen unersetzlich, obwohl die vom Hersteller angegebene Lebensdauer von 10 Jahren etwas alarmierend ist. Es ist zu beachten, dass wie beim Thermogenerator die Möglichkeit besteht, alle Teile bis zum Körper vorbeugend (oder im Notfall) auszutauschen.
Thermoelektrische Module sind äußerst interessante Objekte. Neben den beschriebenen Anwendungen werden sie auch zur Wasser- und Klimatisierung eingesetzt. In diesem Fall wird dem gleichen Element ein Gleichstrom zugeführt, der „in die entgegengesetzte Richtung“ arbeitet – er kühlt die Luft. Diese Technologie wird erfolgreich in Autoklimaanlagen und Wasserkühlern, in der Automobilindustrie und bei der Herstellung von Mikroprozessoren eingesetzt. Wir werden diese Geräte im nächsten Artikel beschreiben..
Können Sie bitte erklären, wie Peltier-Elemente funktionieren und ob es möglich ist, freien Strom aus einem Feuer zu erzeugen? Wie ist der Wirkungsgrad solcher Technologien und wie sicher sind sie? Danke im Voraus für Ihre Antwort!