международный, на русском языке
библиотека статей, рассказов, эссе, статей-ответов на вопросы
|
NetNotebook.Net/pda международный, на русском языке |
|
|
библиотека статей, рассказов, эссе, статей-ответов на вопросы
|
Chem-Tech .NetNotebook.Net Химия-Техника ИЗБРАННЫЕ и НОВЫЕ статьи >> | ||
 |
[о NetNotebook.Net] [поиск] [задать вопрос] | |
 |
|
|
|
|
|
 |
вопрос:
Можно ли получать электричество от термомодулей Пельтье?
Thermoelectric generator of electrical current: Peltier modules or Thermocouples?
Конструкция термоэлементов, принцип работы, технические полезности - Конструкция и работа термоэлемента Пельтье.
Рассказы про то, что термоэлектрические модули Пельтье (Peltier modules) генерируют электрический ток - сильно преувеличены.
Реальность выработки электричества полупроводниковыми Пельтье модулями намного труднее.
Например, популярная хромель-константановая термопара (thermocouple type E, chromel-constantan, ТХКн - на кириллице) дает напряжение 68 µV/°C.
То есть, 1 термопара - контакт при разнице температур горячего и холодного спаев в 1000 градусов Цельсия даст всего 68 милливольт напряжения.
Вольтаж полупроводниковых термомодулей больше, чем у термопар:
Например, Пельтье-модуль TEG1-12611-6.0 имеет около 0,032 вольт/градус **.
Модуль - это сборка из полупроводниковых кристаллов, например, сборка из 128 микроэлементов-полупроводников, включенных последовательно.
Или термомодуль TEC1-12706 (в режиме холодильника - максимальная потребляемая мощность 92 ватта; в режиме генерации напряжения ни вольт/градусы, ни мощность не нормированы). В реальности модуль TEC1-12706 при разнице температур между холодной и горячей сторонами в около 20 градусов C выдает напряжение 0,5 вольта, при температуре холодной стороны керамики в 22 градуса Ц - 0,017 вольт/градус.
* Здесь указаны градус на вольты при разомкнутой цепи термоэлементов, при нулевом токе и нулевой генерируемой электрической мощности.
Но зато термопары способны работать и при 1800 °C, чего нельзя сказать про полупроводниковые термомодули. Зато вольтаж у термомодулей выше!
Разброс параметров по напряжению/температуре у полупроводниковых сборок составляет около +-40%. Все кристаллы полупроводники такие - точность достигается выбраковкой продукции.
** Зависимость температура/напряжение у термопар и тем более полупроводниковых термопар является немного нелинейной.
Термогенераторы-охладители Пельтье чаще собираются на керамических платах - две пластины с медными дорожками, между которыми организуются спаи с полупроводником. Понятно, что при высокой температуре полупроводниковые кристаллы ускоренно деградируют, а при изменениях разницы температур между пластинами - сторонами элемента Пелтие - возникают механические напряжения, через спаи с полупроводниками.
Обратимость эффекта Зеебека (Peltier - Seebeck and Thomson thermoelectric effect):
При разнице температур между холодным и горячим спаями (сторонами термоэлемента) возникает разница электрических потенциалов.
И наоборот, при протекании электрического тока одна сторона термомодуля нагревается, вторая сторона охлаждается.
Но!
Термомодули Пельтье имеют высокую теплопроводность - энергия теплового потока через термо-элементы обычно превышает более, чем в 10 раз генерируемую электрическую мощность.
(Причина - в конструкции термомодулей - см. выше. Если бы "половинки" кристаллов в термомодуле находились на гибких проводниках между собой, а жесткий спай только к одной плате-пластине, то температурный диапазон, долговечность "вечных" модулей Пельтье была бы намного выше, а теплопроводность - ниже.)
Например, TEG1-12611-6.0 при hot side temperature 300 C и cold side temperarure 30 C при согласованной нагрузке имеет тепловой поток 365 ватт, а выходную электрическую мощность 14,6 ватт.
Этот КПД полупроводниковых термоэлектрических модулей как источников тока 3-5% является типичным.
термоэлектрический генератор постоянного тока
thermoelectric-generator.com/products/teg-thermoelectric-power-generators-for-sale/:
TEG 12 VDC-24 AIR
Max 20 Watt Output
Cost $429
Но 20 ватт это термоэлектрическое устройство из 8 модулей Пельтье и электронного стабилизатора дает примерно при температуре 400 °C.
Таким образом, модули Пельтье, изготовленные как впаянные полупроводниковые кристаллы между керамическими пластинами, являются в 25 раз больше теплообменниками (на примере TEG1-12611-6.0), чем электрическими генераторами термоэлектричества.
Из чего я делаю вывод: использовать модули Пельтье в самодоме по прямому назначению, для теплопередачи. А электричество - как побочный продукт. В этом случае коэффициент полезного действия пп-термомодулей достигает почти 100 процентов. Подробно - читайте статью в Самодоме "Полупроводниковые термоэлементы как жидкостные теплообменники, попутно дающие электроэнергию".
Отсутствие в электрическом термогенераторе:
движущихся частей
высоких температур
бесшумность, отсутствие вибрации
является огромным плюсом,
но высокая цена ватта является не менее огромным минусом.
Но при низкой температуре и низкой разнице температур между горячей и холодной сторонами термоэлемента, и их постоянстве, время эксплуатации термомодуля стремится к бесконечности, следовательно, себестоимость термоэлектрического электричества стремится к нулю.
При условии бесплатного тепла и холода - тепловой энергии.
А этого добра (бесплатной тепловой энергии) есть вокруг самодома... очень много. (см. иллюстрацию-схему www.envirociety.org)
Отмечу, что эффективный теплообмен с пластинами-сторонами термоэлектрических модулей на практике возможен только с принудительной циркуляцией жидкости - тепло-холод носителя, то есть работа термоэлектрических модулей все-таки сопряжена с механикой - ротором циркуляционного насоса.
И еще о КПД:
Максимальную мощность термомодуль Пельтье дает, естественно, на согласованной нагрузке.
(В омическом упрощении с абстракцией "постоянный ток" максимальная полезная мощность на нагрузке выделяется тогда, когда сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению электрического генератора, а сопротивление подводящих проводов стремится к нулю. Этот максимум и есть согласованнная нагрузка.)
Согласованная нагрузка термоэлемента - немного сложнее, ибо само понятие постоянное омическое сопротивление является неприменимым к термозависимым полупроводникам.
В Specifications TEG Module TEG1-12611-6.0 приведен график напряжения и электрической мощности модуля термогенератора:
(сайт thermoelectric-generator.com)
Классический "горб" по закону Ома, но немного "кривой" из-за термоэффектов.
(график "Output Voltage (V) - Output Power (W)")
Обратите внимание: при температуре холодной стороны термомодуля 30 градусов Ц и температуре горячей стороны термомодуля 300 градусов Ц.
На примере канадского "печного" термоэлектрического электрогенератора TEG 12 VDC-24 AIR видно, что 1 ватт термоэлектричества стоит 21,45 доллара, при 400 градусах Ц.
Кстати, термоэлектрический генератор может оказаться прекрасным дополнением к каминной и печной трубам, если отвод тепла с холодной стороны термоэлементов делать в воздух около пола - вниз, и подальше от печки.
См: stove.netnotebook.net - Каминные и печные работы.
(Печь или камин с водяной рубашкой "в СССР" называют котлом.)
Термоэлементы:
Китайская потребляемая мощность термоэлектрического холодильника никак не равна генерируемой электрической мощностью термоэлектрического генератора. Соотношение примерно 7:1 (потребляемая электрическая мощность : генерируемая электрическая мощность), для современных полупроводниковых модулей.
источники:
(1)
Specifications TEG Module TEG1-12611-6.0
www.Thermoelectric-generator.com
(2)
Собственные измерения параметров термоэлементов
(3)
Обслуживание термопар как средств измерений
последние изменения статьи 27сен2013, 01мар2015
предыдущая |
 |
 следующая |
| Избранные и новые статьи Chem-Tech >> |
| [о NetNotebook.Net] [поиск] [задать вопрос] |
Перепечатка (кроме материалов под "стандартным копирайтом" - знаком ©) и цитирование приветствуются, если указываются:
в любых гипертекстовых документах - прямая гиперссылка на автора и на страницу-источник;
в обычных документах - указание автора, название материала, источник (например, FAQ-for-FAQ.NetNotebook.Net).
Авторские права, интеллектуальная собственность:
Статьи: указанный в статье автор или правообладатель
Вебдизайн и структуры: © Astrela Ltd., 2010-2018; 2019-2021 Вадим Шулман
лицензировано под Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 License,
если не указано иное.
Внешние элементы: их соответствующие правообладатели и лицензии.
(С), (TM): их соответствующие правообладатели.
|
