Электростанция из кружки кипятка

Как известно, электричество можно изготовить, используя электродинамические генераторы (паровые, ветряные или водные), солнечные фотоэлементы, а также преобразование разности температур двух разнородных проводников и полупроводников, работающее на эффекте Зеебека. Чаще, можно слышать про эффект Пельтье — разделение температур на разнородных спаянных проводниках и полупроводниках, что является обратным эффектом Зеебека.

Для анализа используем один такой элемент с маркировкой TEC1-12706.



Элемент рассчитан на номинальное напряжение 12В, максимальное несколько выше, но повышает риск порчи элемента и снижает его КПД. Элемент собран из 127 ячеек и рассчитан на максимальный ток 6 А. При подключении элемента к источнику напряжения, потребляемый ток составил около 2 А, а забираемая мощность от источника равна 24 Вт.

Для получении электроэнергии, следует одну пластину элемента нагревать, а вторую — охлаждать. В моем случае, для показанных цветов проводов, холодная сторона — с маркировкой, горячая — без маркировки. При смене полярности проводов, стороны тоже поменяются по своим свойствам.

Для охлаждения пластины используем радиатор в тающем льду, принимаем температуру холодной поверхности элемента Зеебека около 0 градусов.





Для нагрева пластины — поставим сверху кружку кипятка и примем температуру горячей части за 100 градусов. Дождемся стабилизации температуры на холодной стороне, которая составила 11 градусов.



При этом Полученное напряжение на клеммах элемента около 1.7 В (холостой ход).



На нагрузке 100 Ом напряжение уже составило 1.5 В.



Мощность выделяемая на резисторе равна 22.5 мВт. Подключим преобразователь Burst-Up 0.8 to 5 В к клеммам элемента Зеебека, а на выход преобразователя, мигающий светодиод.

Да, он мигает, диоду нужно совсем немного тока для работы (менее 10 мА).



Холостой ход на выходе Burst-Up преобразователя:



Теперь подключим фирменный PowerBank, способный аккумулировать, даже малые токи заряда. И он — заряжается!



Оценить ток заряда можно таким образом: КПД Burst-Up = 0.9, следовательно на PowerBank поступает около 20 мВт мощности. В повербанке стоит Step-Down преобразователь, для заряда Li-Ion аккумулятора с начальным напряжением 2.8 В и конечным 4.2 В, КПД преобразователя тоже примем за 0.9. Тогда, оставшаяся мощность составит 18 мВт. Зарядный ток аккумулятора будет находиться в пределах 4.3… 6.5 мА, т.е. около 5 мА.

Такая вот маломощная тепловая станция получилась. Не забываем, что данные числа получены при разности температур в 90 градусов, которая снижается, по мере охлаждения жидкости в чашке, а холодная жидкость, как известно, собирается на дне чашки.

Как компенсировать этот эффект читатель, наверное, уже догадался.

В заключение сравним энерговыход такого генератора и миниатюрной фотоэлектрической ячейки с размерами 52х9 мм, толщина, 0.2 мм, вес 0.24 грамма, U=0.5 В.



На эквиваленте солнечного излучения при оптимальном сопротивлении нагрузки в 1.5 Ом, ячейка выделяет 48 мВт мощности.



Что почти в 2 раза больше мощности, получаемой с элемента Зеебека в нашем эксперименте, однако в пасмурную погоду, можно смело считать выделяюмую мощность фотоэлементом меньше на порядок, т.е. всего 5 мВт. Тогда всего 4 солнечные ячейки 52х9 мм уже эквивалентны 1 Зеебеку в пасмурную погоду.
AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее
Реклама

Комментарии 47

      +6
      Это электростанция из элементов Пельтье, а не из кружки кипятка. Желтушный заголовок зачем?
        +2

        Я тоже думал или про маленькую турбинку низкого давления, или про стирлинг с оценкой кпд/температура.

        +1
        Не хватает еще таких расчетов
        Даже при 10мА зарядки 18650 емкостью 2000мАч будет заряжаться 200 часов
        Сколько киловатт вы потратите на зарядку?
          +1
          Такие штуки применяются, например, в походе — тепло берется от костра, эти киловатты все равно выделятся и улетят.
            +6
            Вы ходите в походах? Эта штука бесполезна с нормальным костром. Был давно давно проект в интернете. Очень быстро разрушаются элементы.
            Разве что горелка или примус. Но газа вы сожжете для зарядки одной батареи столько
            Да и зарядка током 10мА несерьезно
            Нормальная солнечная батарея дает при хорошей погоде 0.5-1А. При пасмурной 50-100мА
            Есть ветро и гидрогенераторы (для водных походов неплохо)
            Но сое мнение — самое простое, носить с собой нужное количество батарей запасных, если не на месяц в экспедицию. А если на месяц — то бензогенератор
              +2
              Был проект котелка для костра с встроенными элементами. Неплохо заряжает, но согласен, очень капризный в эксплуатации и норовит выйти из строя, т.к. используются такие же как в статье элементы. Если доработать конструкцию и использовать что-то более стойкое. Например
              Это
              image
              , то конструкция существенно увеличится в размерах, что чаще всего проиграет обычному запасу аккумуляторов или батареек.
                0
                да даже «не нормальная» (в плане размеров, но нормальная в плане технологии) в хорошее солнца выдаёт 5В 1А.
                Я вот такую с собой в поход брал:

                Заряжал телефон с чехлом-батареей. За время завтрака и сборки палатки телефон заряжался с 30% до 70%. Поэтому я тоже топлю за связку солнечная батарея + пауэрбанк или просто пауэрбанк, если на два-три дня и «без излишеств». Короче, баланс искать. Потому что таскать на себе лишний килограмм батареек — тоже та ещё радость
              0
              Тогда нужно взять не 1 а 20 штук и время уменьшится до 10 часов.
              +5
              Что-то прям совсем ничтожный КПД. Термоэлектрогенератор ТГК-3 на керосиновую лампу 4-5 ватт дает. Понятно, что тепловая мощность керосинки больше. Но там термопары, а тут вроде бы полупроводники… Или нет? В общем, интересно, забавно, но совершенно бесполезно :)))
                +1

                Нет, здесь те же термопары.
                Там много допущений у автора. Кипяток 100градусов только когда кипит в чайнике, при переливании его в кружку остается уже 80 и затем быстро остывает.
                Плюс остывшая от элемента вода скапливается на дне кружки. Конвекции нет, а теплопроводность у воды такая себе.
                У радиатора во льду тоже есть градиент.
                В итоге там дельта на момент замера градусов 30-50 остается в лучшем случае.

                  +1
                  Нет, здесь те же термопары.

                  Нет, здесь (в элементе Пелтье) полупроводники.
                    0
                    Спасибо за хороший комментарий! Жму руку
                    +4
                    ТГК-3

                    Это который "слушать радио от керосинки"?

                      0
                      он самый
                    +1
                    Из этих модулей надо не электричество извлекать, а холодильники делать, собственно, для этого конкретно рассматриваемый модуль и предусмотрен.
                    Из пары подобных я сделал очень практичный автохолодильник.
                      0
                      Как вы его остужали? Я баловался с такими, для охлаждения горячей части нужен здоровенный радиатор у которого получается большая теплоёмкость и при пропадании питания внутренняя часть мгновенно нагревается.
                        0
                        Отлично подходят компьютерные кулеры на тепловых трубках.
                          +1
                          обыкновенные радиаторы с кулерами от процессоров, выбрал радиаторы с медной «жопкой». Знакомый отремонтировал советский автохолодильник, там я и подглядел как устроено, так же использовался элемент Пельтье.
                          Собственно и энергию добывать пробовал от костра, правда помощней элемент был, нормально понемногу заряжал смартфон. Прожил, правда, недолго, рассыпался.
                          0
                          Модуль обратим в применении. Прицепи фотку холодильника, интересен объем камеры, ну и температура внутри.
                          +1

                          FTGJ — не burst-up, а boost или step-up.
                          Ну и, вроде, более мощно получается направить пламя (горячий газ) на одну поверхность термопары, а другую охлаждать кипятящейся водой. Даже при закипании воды градиент температуры будет выше.

                            –1
                            Элемент дохнет при 130 градусах кажется
                              +1
                              При температуре плавления припоя. Однако, реально выше 100 не стоит нагревать.
                                +1
                                А припой в них легкоплавкий
                              0
                              Нужны другие элементы — с более высокой рабочей температурой. Если не читать спецификации в эти модули Пельтье — можно запросто купить на Алике пучок по три копейки, а потом продавца и самого Зеебека поливать чем ни попадя за то, что не работает
                              0
                              а проскакивало ж где-то про девочку, которая фонарик далала… работающий на разнице температур воздуха окружающего и руки…
                                +3
                                Интересно, а была уже статья про батарейку из картошки и двух гвоздей?
                                  +1

                                  Батарейку?
                                  Собирал в детстве разве что приёмник детекторный, из располовиненной картошки, диода, кучи проводов и высокоомного наушника

                                  0
                                  Вы неправильно используете элемент Пельтье!
                                  Берёте две полукружки (у которых одна сторона плоская, а с другой стороны полукруг), вставляете элемент Пельтье между плоских сторон, зажимаете, подаёте питание и…
                                  вы изобрели кружку сисадмина! В холодную половину заливаете пиво, а в горячую — кофе.
                                    +5

                                    Чтобы по окончании зарядки наслаждаться тёплым пивом и холодным кофе? Ну такое...

                                      0
                                      подаёте питание

                                      Скормить элементу 60W — и у вас всегда будет горячий кофе.
                                      Про холодное пиво правда не уверен. Вполне может тоже стать горячим, да.

                                    +2
                                    Спасибо за фотографии. Я теперь не буду так сильно страдать из-за своего бардака.
                                      0
                                      Ага, мне вспомнились времена, когда дети были маленькие)))
                                      +2
                                      Раньше было проще:
                                      вело генератор
                                      ~6W что почти в 300 раз больше чем у кружки с почти нулевым КПД
                                        +1
                                        Единственная, на мой взгляд годная идея — светодиодный ночник для прихожей, работающий на разнице температур холодной и горячей труб водоснабжения.
                                          +3
                                          Долгими зимними вечерами запускаю на рабочем столе двигатель из свечки, старого компьютерного кулера и элемента Пельте.

                                          Тёплый и практически ламповый


                                          Сам элемент в серединке бутерброда между холодным и горячим радиатором.


                                          Родной 12-вольтовый мотор на вентиляторе заменил на вибромотор из пульта от X-Box, ему хватает пары вольт.
                                            0
                                            Всем привет! Зеебека поправил. По поводу мигания светодиодом и зарядки повербанка короткое видео тут:

                                            Эффективность низкая.
                                            В обратном варианте работы, когда элемент греется источником тепла, а охлаждается водой помогает конвекция воды, однако разность температур большую не сделаешь, всегда риск повредить элемент.

                                            Еле натягивает до 2 мА заряда


                                              0

                                              Что-то в консерватории не так… Например — нет ограничений по утечке тепла на "холодную" пластину. Да и кружка, судя по всему, — просто стоит на этой пластине со всеми сопутствующими прослойками воздуха.
                                              Лет десять (больше?) назад попадалась конструкция из пары кружек. Или вот (тут-же).


                                              На эквиваленте солнечного излучения

                                              Субъективно — намного ярче реального Солнца.

                                                0
                                                «Субъективно» — это такое очень точное измерение?
                                              +1
                                              Осталось вмонтировать все это в нижнюю часть чашки, чтобы светодиод предупреждал о слишком горячем кофе.
                                                0
                                                Вот, кстати — нормальное применение!
                                                  0

                                                  Дешевле будет термокраска, которая меняет цвет при определённой температуре.

                                                  +1
                                                  Где покупали, сколько стоит, сколько термоциклов выдерживает?
                                                  И буква г на конце фамилии учёного — неправильная.
                                                  en.wikipedia.org/wiki/Seebeck_coefficient
                                                    0
                                                    Посмотри на Алиэкспресс, в районе 200 рублей штучка, для опытов — самое оно.
                                                    Количество циклов — кто ж его знает? Как будто они об этом напишут? Я пару раз нагрел остудил, а сколько выдержит — неизвестно.
                                                      0

                                                      Сломался в режиме охлаждения. Раза с 10-го. Напряжение питания ровно 12В. Обрыв всех элементов.

                                                    0

                                                    Кто знает как меняются ток и напряжение при последовательно-паралельном подключении элементов Пельтье? А то пробовал искать и гугл всё выдает как собирать элементы Пельтье в каскады, а вот как электрически их соединять не нашел.

                                                      +2
                                                      Как описано в школьной физике товарищем Кирхгофом. При последовательном ток общий, напряжения складываются, при параллельном — напряжение общее, токи складываются.
                                                      Правильнее, пожалуй, соединять последовательно — потому как при параллельном соединении элементов с разными разностями температур они частично будут работать друг на друга, теряя энергию.

                                                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                    Самое читаемое