Saya pertama kali menemukan elemen Peltier (PE) beberapa tahun yang lalu ketika saya masih mengembangkannya perangkat pendingin air di akuarium. Saat ini, perangkat elektronik menjadi lebih mudah diakses, dan cakupan penerapannya telah berkembang secara signifikan. Misalnya pada pendingin air, yang sering ditemukan di perkantoran, ES digunakan. Di sana berbentuk persegi 4x4 cm (Gbr. 2)Dengan menggunakan pasta termal khusus dan sekrup pengencang, sekrup tersebut dipasang di antara radiator pendingin dan badan tangki air, permukaan "dingin" ke tangki. EP lainnya juga umum.

Beras. 2 elemen Peltier

Dasar dari pekerjaan Elemen Peltier terletaklah efek yang ditemukan oleh pembuat jam tangan Perancis Jean Peltier. Pada tahun 1834, Peltier menemukan bahwa ketika arus searah mengalir dalam suatu rangkaian yang terdiri dari konduktor yang berbeda, panas diserap atau dilepaskan pada titik kontak (persimpangan) konduktor (tergantung pada arah arus). Tingkat manifestasi efek ini sangat bergantung pada bahan konduktor yang dipilih dan sebanding dengan arus yang lewat. Elemen Peltier bersifat reversibel. Jika Anda menerapkan perbedaan suhu padanya, arus akan mengalir di sirkuit.

Teori klasik menjelaskan fenomena Peltier dengan fakta bahwa elektron yang ditransfer oleh arus dari satu logam ke logam lainnya dipercepat atau diperlambat oleh perbedaan potensial kontak internal antar logam. Dalam kasus pertama, energi kinetik elektron meningkat dan kemudian dilepaskan sebagai panas. Dalam kasus kedua, energi kinetik elektron berkurang, dan hilangnya energi ini diisi kembali karena getaran termal atom-atom konduktor kedua. Akibatnya terjadi pendinginan.

Efek Peltier paling terasa saat digunakanpembentukan semikonduktor (konduktivitas tipe p dan n). Bergantung pada arah arus listrik yang melalui sambungan p-n, karena interaksi muatan yang diwakili oleh elektron (n) dan lubang (p), dan rekombinasinya, energi diserap atau dilepaskan.

Beras. 3 Efek Peltier

Efek Peltier mendasari pekerjaan ini modul termoelektrik(TEM). Elemen tunggal TEM adalah termokopel, yang terdiri dari satu konduktor tipe-p (cabang) dan satu konduktor tipe-n. Ketika beberapa termokopel dihubungkan secara seri, panas (Q c) yang diserap pada kontak n-p dilepaskan pada kontak p-n (Q h). Akibatnya, pemanasan (T h) atau pendinginan (T c) terjadi pada bagian semikonduktor yang berbatasan langsung dengan sambungan pn(Gbr.3), dan perbedaan suhu (AT=T h -T c) muncul di antara sisi-sisinya: satu pelat didinginkan dan pelat lainnya dipanaskan. Secara tradisional, sisi tempat kabel dipasang bersifat panas, dan digambarkan di bagian bawah.

Beras. 4

Modul termoelektrik adalah seperangkat termokopel (Gbr. 4),biasanya dihubungkan satu sama lain secara seri dengan arus dan paralel dengan aliran panas. Termokopel ditempatkan di antara dua pelat keramik (Gbr. 5).Cabang-cabangnya disolder ke bantalan (ujung) konduktif tembaga, yang dilekatkan pada keramik penghantar panas khusus, misalnya oksida

Beras. Modul termoelektrik 5 Peltier

aluminium Jumlah termokopel dapat sangat bervariasi (dari beberapa unit hingga beberapa ratus), sehingga memungkinkan terciptanya TEM dengan daya pendinginan dari sepersepuluh watt hingga ratusan watt. Bismuth telluride memiliki efisiensi termoelektrik tertinggi di antara bahan-bahan yang digunakan secara industri, dimana aditif khusus (selenium dan antimon) ditambahkan untuk mendapatkan jenis dan parameter konduktivitas yang diperlukan.

Beras. 6

Modul tipikal (Gbr. 6)memberikan perbedaan suhu yang signifikan beberapa puluh derajat. Dengan pendinginan paksa yang tepat pada permukaan pemanas, permukaan pendingin kedua memungkinkan tercapainya suhu negatif. Untuk meningkatkan perbedaan suhu, sambungan kaskade modul termoelektrik Peltier dimungkinkan (Gbr. 7)sambil memastikan pendinginan yang cukup. Perangkat pendingin berdasarkan modul Peltier sering disebut “lemari es Peltier aktif” atau sekadar “pendingin Peltier”.

Beras. 7, koneksi kaskade modul termoelektrik Peltier

Penggunaan modul Peltier pada pendingin aktif membuatnya lebih efisien dibandingkan pendingin standar yang berbasis radiator dan kipas. Namun, dalam proses perancangan dan penggunaan pendingin dengan modul Peltier, sejumlah fitur khusus yang timbul dari desain modul dan prinsip pengoperasiannya perlu diperhitungkan.

Kekuatan modul Peltier sangat penting, yang biasanya bergantung pada ukurannya. Modul berdaya rendah tidak akan memberikan pendinginan yang diperlukan, yang dapat menyebabkan gangguan pada elemen yang dilindungi karena panas berlebih. Namun, penggunaan modul dengan daya yang terlalu tinggi dapat menyebabkan suhu radiator pendingin turun

Beras. 8, pendingin aktif, berdasarkan modul semikonduktor Peltier

tingkat kondensasi uap air dari udara yang berbahaya bagi perangkat elektronik. Modul Peltier menghasilkan panas yang relatif besar selama pengoperasian. Oleh karena itu, sebaiknya gunakan kipas yang kuat sebagai bagian dari pendingin. Pada Gambar.8menunjukkan pendingin aktif yang menggunakan modul semikonduktor Peltier.

Tegangan yang disuplai ke modul ditentukan oleh jumlah pasang cabang pada modul. Yang paling umum adalah modul 127 pasang, tegangan maksimumnya kira-kira 16 V. Tetapi modul ini biasanya disuplai dengan tegangan suplai 12 V, mis. sekitar 75% Umaks. Dalam kebanyakan kasus, pilihan tegangan suplai ini optimal: memungkinkan daya pendinginan yang cukup dengan efisiensi yang dapat diterima. Ketika tegangan suplai meningkat di atas 12 V, peningkatan daya pendinginan dapat diabaikan, namun konsumsi daya meningkat tajam. Ketika tegangan suplai menurun, efisiensi meningkat karena kapasitas pendinginan juga menurun, namun secara linier.

Tabel 1 Elemen Peltier, karakteristik

Jenis modul			Karakteristik
	Saya maks, A	kamu maks,B	Q maks, W		Dimensi, mm
A-TM8.5-27-1.4		| 15,4	72,0		40x40x3.7
A-TM8.5-127-1.4HR1		15,4	72,0		40x40x3.4
A-TM8.5-127-1.4HR2		15,4	72,0		140x40x3.7
A-TMb.0-127-1.4		15,4	53,0		40x40x4.2
A-TM6,0-127-1.4HR1		15,4	53,0		40x40x3.8
A-TM6,0-127-1,4HR2		15,4	53,0		40x40x4.2
A-TMZ,9-127-1.4		15,4	35,0		40x40x5.1
A-TMZ,9-127-1.4HR1		15,4	35,0		40x40x4.8
A-TMZ,9-127-1.4HR2		15,4	35,0		40x40x5.1
A-TM3.9-127-1.4		15,4	34,0		30x30x3.9
A-TMZ,9-127-1.4HR1		15,4	34,0		30x30x3.9
A-TMZ,9-127-1.4HR2		15,4	34,0		30x30x3.9
A-TM37.5-49-3.0	37,5		130,0		40x40x4.3
A-TM37.5-49-3.0HR1i		15,4	72,0		40x40x4.3
A-TM6.0-31-1.4		3,75	12,5		20x20x4.2
A-TM6,0-31-1,4HR1		3,75	12,5		20x20x4.2

Catatan: Modul bertanda HR1 dan HR2 ditandai dengan peningkatan keandalan.

Untuk modul dengan jumlah pasang cabang yang berbeda (selain 127), tegangan dapat dipilih sesuai dengan prinsip yang sama: 75% dari U max, tetapi karakteristik perangkat tertentu harus diperhitungkan terlebih dahulu. semuanya, kondisi pembuangan panas di sisi panas dan kemampuan pasokan listrik. Misalnya, disarankan untuk menyuplai tegangan dari 12 hingga 18 V ke modul seri DRIFT (199 pasang termoelektrik).

Selama pengoperasian, kontak termal yang andal antara penukar panas dan radiator adalah penting, sehingga TEM diamankan menggunakan pasta konduktif termal (misalnya, KPT-8). Jika tidak ada pasta termal khusus, Anda dapat berhasil menggunakan agen farmakologis yang dibeli di apotek, misalnya pasta Lassari atau pasta seng salisilat.

Karena suhu maksimum di sisi panas TEM mencapai +80°C (dalam pendingin suhu tinggi dari Supercool - +150°C), penting agar ED didinginkan dengan benar. Permukaan TEM yang panas harus menghadap radiator, di sisi lain dipasang kipas pendingin (aliran udara diarahkan dari radiator). Kipas dan TEM, sesuai dengan polaritasnya, dihubungkan ke sumber listrik, yang sederhana seperti transformator step-down, penyearah dioda, dan kapasitor oksida penghalus. Tetapi riak tegangan suplai tidak boleh melebihi 5%, jika tidak, efisiensi TEM akan menurun. Sebaiknya kipas dan TEM dikendalikan oleh perangkat elektronik berbasis komparator dan sensor suhu. Segera setelah suhu benda yang didinginkan naik melebihi ambang batas yang ditetapkan, pendingin dan kipas secara otomatis menyala dan pendinginan dimulai. Tingkat pendinginan (atau pemanasan) sebanding dengan arus yang melewati TEM, yang memungkinkan untuk mengatur suhu objek yang “disajikan” dengan akurasi tinggi.

Modul termoelektrik tersegel sehingga dapat digunakan bahkan di dalam air. KeramikPermukaan TEM dipoles, dan kabel hitam (“-”) dan merah (“+”) disolder ke lamela (kabel). Jika TEM (Gbr. 2) diposisikan dengan ujung kabel menghadap dirinya sendiri sehingga kabel hitam berada di kiri dan kabel merah di kanan, maka akan terdapat sisi dingin di atas dan sisi panas di bawah. Penandaan biasanya diterapkan pada sisi yang panas.

Meja 2

Suhu pemaparan, 0C	Lokasi dampak (sisi 1 atau 2)*	Waktu pemaparan, detik	Resistansi (setelah waktu pemaparan), kOhm
		Permanen
Pemanasan dengan korek api
Pemanasan dengan korek api**			>2000
5 (di lemari es)
20 (di luar ruangan di musim dingin)
36 setelah dingin di lemari es (-5)
36 setelah pendinginan di luar (-20)
100 (air mendidih)
Kotak api kompor Rusia (api terbuka)			0,06

Catatan:

* - sisi 1 - sisi dengan tanda, sisi 2 - sisi sebaliknya (relatif terhadap tanda).

** Ketika sisi belakang dipanaskan selama 4 detik dengan korek api dengan nyala api terbuka menyentuh permukaan steker, arus 200 μA tercatat di terminal.

Jenis modul Peltier yang paling populer adalah modul satu tahap dengan daya maksimum hingga 65 W (12 V) dan 172 W (24 V). Penunjukan modul diuraikan sebagai berikut: angka pertama adalah jumlah termokopel dalam modul, angka kedua adalah lebar sisi cabang (dalam mm), angka ketiga adalah tinggi cabang (dalam mm) . Misalnya TV-127-1.4-1.5 merupakan modul yang terdiri dari 127 pasang cabang termoelektrik dengan dimensi 1,4x1,4x1,5 mm. Dimensi modul 40x40 mm, ketebalan sekitar 4 mm. Modul satu tahap standar tersedia dengan daya maksimum hingga 70 W (12 V) dan 172 W (24 V). Parameter TEM tipikal diberikan dalam Tabel 1.

Tabel 3 Parameter generator termoelektrik

Beras. 9 generator termoelektrik

Dalam percobaan dengan TEM, saya memeriksa perubahan resistansinya dalam mode yang berbeda. Penguji M830 dihubungkan ke terminal (lamela) modul dalam mode pengukuran resistansi. Hasilnya dirangkum dalam Tabel 2.Ketika terkena suhu yang lebih besar dari suhu kamar di sisi TEM yang diberi tanda, resistansinya menurun, di sisi sebaliknya meningkat secara proporsional (baris 2 dan 3 tabel menunjukkan reaksi menyentuh permukaan TEM dengan tepi telapak tangan, suhu diindikasikan sekitar 36°C).

Mempertimbangkan reversibilitas elemen Peltier, atas dasar mereka dimungkinkan untuk mengembangkan pasokan listrik. Misalnya, generator termoelektrik“V25-12(M)” dari perusahaan “Kryotherm” (Gbr. 9) memungkinkan Anda mengisi baterai ponsel, kamera digital, menonton TV, bekerja di laptop dalam waktu lama, dll. bahwa diperlukan permukaan yang dipanaskan berukuran 20x25 cm Parameter generator diberikan V Tabel 3.

A.Kashkarov.

Halo, nama saya Danil, dan saya paranoid. Paranoia saya terletak pada kenyataan bahwa saya yakin akan kedatangan Rubah Arktik Besar dalam waktu dekat. Tidak masalah dalam bentuk apa rubah kutub ini akan datang - jika kita tetap hidup, kemungkinan besar kita harus mulai hidup dari awal. Dan hidup jauh lebih menyenangkan bila Anda memiliki sesuatu untuk mengisi baterai di senter dan dosimeter Anda. Bagi yang berpikiran sama (dan juga semua yang penasaran), saya minta dipotong di bawah ini (hati-hati, foto berat).

Bagian penelitian

Sebenarnya kenapa ada unsur Peltier? Jauh lebih logis untuk membeli senter dengan penggerak otot (“kumbang tanah”), panel surya, atau, paling buruk, membuat kincir angin. Sebelumnya, saya juga berpikir bahwa kumbang tanah sangat mungkin bertahan. Tapi ada banyak bagian bergerak yang dibuat oleh Paman Liao dari plastik murah. Kerusakan pertama dalam kondisi Rubah Arktik Besar - dan Anda dibiarkan tanpa listrik.

Nah, Anda bertanya, mengapa tidak menggunakan panel surya? Tidak ada bagian yang bergerak. Saya setuju, saya akan menjawab, tetapi dalam kondisi musim dingin nuklir atau vulkanik atau di bawah atap beton setinggi dua meter, tidak mudah untuk mendapatkan sinar matahari.

Kincir angin? Berapakah luas bilahnya agar dapat berputar meskipun angin sepoi-sepoi? Memindahkan bagian lagi. Kincir angin cocok untuk pemasangan permanen saat melengkapi tempat berlindung jangka panjang.

Setelah mempertimbangkan argumen-argumen ini, saya menjadi putus asa. Namun tak lama kemudian saya tidak sengaja menemukan situs nepropadu.ru (tidak ada iklan, hanya link ke materi sumber). Saya duduk di atasnya terus menerus selama dua hari, dan dalam prosesnya saya menemukan artikel yang sangat menarik tentang tungku serpihan kayu yang terbuat dari casing catu daya komputer dengan elemen Peltier di sampingnya (link di akhir postingan) . Ada banyak orang yang skeptis di komentar, tetapi penulis menulis bahwa dia dengan tenang mengisi daya telepon dari konverter DC-DC Cina yang terhubung... Saya terpikat.

Bagian desain

Pertama-tama, saya memesan elemen Peltier yang sama dari Cina di e-Bay (cukup untuk eksperimen). Harganya 320 rubel. Yang membuat saya senang adalah pengiriman yang dipercepat, pelacakan, tetapi gratis. Ditambah lagi, barang dikirim satu jam setelah pembayaran (dan itu pada hari Minggu).

Saat elemen Peltier sedang bepergian, saya memikirkan desain generator termoelektrik masa depan, menemukan radiator yang cocok dengan kipas (radiator prosesor kuno berfungsi dengan baik), dan juga mencari di Internet sirkuit untuk konverter DC-DC dengan arus keluaran maksimal 1 ampere pada tegangan 5 volt.

Saya merasa tidak disarankan untuk membuat tungku serpihan kayu dengan mengikuti contoh artikel itu. Logam yang digunakan untuk membuat perangkat keras komputer sangat lunak, akan “tenggelam” bila terkena suhu tinggi, dan akan cepat terbakar. Oleh karena itu, diputuskan untuk membuat “versi yang dapat dilepas” dari generator, yang dapat dipasang di sisi kompor stasioner atau disandarkan pada panci yang berdiri di atas api. Dan untuk menghindari penggorengan elemen Peltier di atas api terbuka dalam kondisi seperti itu, diperlukan paking yang tahan panas namun dapat menghantarkan panas. Untuk itu, saya berhasil mendapatkan sepotong plat alumunium tebal berukuran 100x120x5 milimeter.

Untuk menekan elemen Peltier ke substrat aluminium, dan kemudian menekan radiator ke sana, saya memutuskan untuk menggunakan konstruktor logam anak-anak yang pernah saya beli untuk kebutuhan robotika.

Namun elemen Peltier telah tiba, dan sudah waktunya untuk berkumpul.

Bagian teknologi

Kami memiliki radiator, pelat aluminium, elemen Peltier, beberapa komponen radio, sepotong PCB foil, dan berbagai sekrup dan mur. Saya tidak ingat lagi.

Jadi, semua komponen sudah terpasang, Anda bisa mulai merakit.

Saya minta maaf atas pelat yang ditandai dan dibor di dua tempat - kemudian terpikir oleh saya bahwa akan menyenangkan untuk memotret seluruh proses perakitan dari awal.

Masalah pertama yang menunggu saya adalah kipas standar 12 volt di radiator. Karena saya hanya akan menghasilkan 5 volt, dan bahkan pada arus maksimum yang cukup kecil, hal ini dapat menimbulkan masalah.

Pertama, saya melemparkan umpan saya ke semua toko radio dan komputer di Perm, tetapi tidak ada kipas 5 volt 80x80 milimeter. Dan jika ada, ukurannya lebih kecil dan arusnya lebih dari 200 mA, itu terlalu besar.

Kemudian saya melakukan pencarian di eBay dan menemukan bahwa kipas yang saya butuhkan harganya mulai dari 300 rubel. Tapi tidak ada gunanya berharap pengiriman cepat, jadi saya meninggalkan opsi ini sebagai cadangan.

Dan hanya setelah semua pencarian saya menebak untuk menghubungkan kipas standar 12 volt ke sumber tegangan 5 volt. Ternyata hembusan anginnya cukup baik, dan pada saat yang sama tidak mengkonsumsi banyak arus. Oleh karena itu, saya memutuskan untuk meninggalkannya untuk saat ini, dan setelah pengujian, jika perlu, pesan kipas angin di eBay.

Saya menandai pelat aluminium dan mengebor dua lubang di dalamnya untuk memasang radiator dan dua untuk papan konverter tegangan. Saya membuat lubang dengan diameter 4 milimeter (untuk sekrup dari desainer), dan di bagian luar saya melebarkannya menjadi 7,5 milimeter untuk menyembunyikan kepala sekrup. Setelah itu, saya membulatkan sudut tajam dengan kikir dan mengampelas seluruh permukaan pelat dengan amplas kasar, dan amplas halus tempat elemen Peltier ditekan.

Pada titik ini, saya menganggap pemrosesan media telah selesai dan mulai membuat konverter tegangan.
Konverter tegangan penambah pulsa dipasang pada IC L6920, yang mulai beroperasi pada tegangan input 0,8 volt dan memungkinkan Anda menghilangkan tegangan tetap 3,3 atau 5 volt, atau variabel dari 1,8 hingga 5,5 volt, dari outputnya.

Diagram skema konverter tipikal dan diambil dari lembar data.

Untuk memperoleh 5 volt pada keluaran rangkaian, kaki 1 dihubungkan ke kabel biasa. Ini juga dikonfigurasi untuk mengeluarkan level rendah pada pin 3 ketika tegangan input turun di bawah 1,5 volt.

Untuk sirkuit, papan sirkuit tercetak diletakkan, di mana pengikatan ke substrat dasar disediakan menggunakan bagian yang sama dari set desainer anak-anak. Saya tidak khawatir tentang papan yang terlalu panas, karena papan ini memaksa pendinginan oleh aliran udara yang keluar dari radiator.

Saya harus mengutak-atik makro casing yang berisi sirkuit mikro yang saya beli. Di website toko disebutkan ada kasus SSOP-8. Ternyata, tidak ada kasus seperti itu di kumpulan standar makro Sprint Layout. Saya menemukan gambar kasing SSOP-8 dan membuat makro, setelah itu saya mengarahkan papannya. Setelah dilakukan uji cetak, ternyata rangkaian mikro tersebut agak lebih lebar dan tidak pas pada bantalan kontaknya. Mencari model chip tertentu di Google (L6920D) membawa saya ke situs web Chip-Dip, di mana saya mengetahui bahwa IC dengan indeks D diproduksi dalam paket TSSOP-8. Sambil menggaruk kepala, saya menemukan gambar kasus ini, membuat makro dan merutekan ulang papan. Sekarang semuanya menjadi benar.

Papan dibuat menggunakan LUT dan dirakit. Ternyata menyolder casing TSSOP-8 tanpa pengering rambut sangat merepotkan. Tapi kami adalah orang-orang berpengalaman, kami menyolder sirkuit mikro FTDI dengan pin pitch 0,4 milimeter.

Sekarang Anda dapat mulai memasang elemen Peltier dan radiator. Saya melapisi media dan radiator pada titik kontak dengan elemen dengan pasta termal. Kemudian dia mengencangkan “sandwich” yang dihasilkan dengan kacang.

Ternyata board converternya tidak pas, konektor inputnya bertumpu pada radiator, saya sedikit salah hitung. Saya membalik braket pemasangan, menggantung papan di luar, dan menambahkan dua braket lagi untuk melindungi elemen dari kerusakan mekanis. Inilah hasil akhir kami:

Sekarang Anda dapat memeriksa fungsionalitas generator. Saya memanaskannya di atas kompor gas. Saya memutuskan untuk tidak memasang kipas angin untuk saat ini.

Pertama-tama, ternyata saya mencampuradukkan polaritas menghubungkan elemen ke konverter. Meskipun semuanya tampak benar - kabel hitam ke minus, kabel merah ke positif. Namun generatornya tidak mau bekerja. Lalu saya mengubah polaritas koneksi elemen.

Generator mulai bekerja - pertama kedua LED menyala, menandakan adanya 5 volt pada output dan tegangan rendah pada input, kemudian LED merah padam - tegangan naik di atas satu setengah volt.

Yang membuat saya tidak senang, ternyata tanpa kipas, setelah beberapa menit mengoperasikan sistem, radiator menjadi terasa panas. Ini tidak akan berhasil seperti itu.

Keesokan harinya, saya berjalan-jalan di pasar logam dan beberapa pasar loak komputer, tetapi ketika saya bertanya tentang kipas angin 5 volt, mereka mengangkat bahu ke mana-mana dan menyarankan saya untuk pergi “ke tempat di sana” yang pernah saya kunjungi. beberapa menit yang lalu. Alhasil, saya pulang dengan tangan kosong.

Di rumah, saya melakukan percobaan menyalakan kipas standar 12 volt dari output konverter 5 volt. Hasilnya tidak menyenangkan saya - konverter, dengan keengganan yang jelas, mematikan LED merah, dan kipas bergerak lemah selama beberapa detik, mencoba untuk memulai. Aliran udara dari kipas yang bekerja dengan daya setengah tidak cukup untuk pendinginan normal - radiator memanas dengan cepat, meskipun jari saya tidak lagi terbakar. Akhirnya saya memutuskan untuk memesan kipas angin tersebut dari Ebay.

Hasil

Meskipun efisiensi elemen Peltier rendah dalam mode pembangkitan, saya masih mendapatkan hasil antara - saat menghubungkan baterai portabel dengan arus pengisian 1000 mA ke output konverter, generator mampu menghasilkan arus sekitar 600 mA. Saya rasa arus ini cukup untuk mengisi daya sebagian besar gadget di kondisi Rubah Arktik Besar.

Kalau kipas anginnya datang (Ibay menjanjikan pertengahan Maret hingga awal April), saya akan periksa pendinginannya. Selain itu, Anda perlu menguji pengoperasian generator dalam kondisi "pertempuran" - saat terjadi kebakaran.

Saya minta maaf atas kualitas fotonya - saya bukan seorang fotografer. Tautan ke artikel yang menginspirasi saya.

Banyak ahli listrik baru tertarik pada satu pertanyaan yang sangat populer - bagaimana membuat listrik gratis dan sekaligus otonom. Seringkali, misalnya, saat pergi ke alam terbuka, terjadi kekurangan stopkontak untuk mengisi ulang daya ponsel atau menyalakan lampu. Dalam hal ini, modul termoelektrik buatan sendiri yang dirakit berdasarkan elemen Peltier akan membantu Anda. Dengan menggunakan perangkat semacam itu, Anda dapat menghasilkan arus dengan tegangan hingga 5 Volt, yang cukup untuk mengisi daya perangkat dan menyambungkan lampu. Selanjutnya, kami akan memberi tahu Anda cara membuat generator termoelektrik dengan tangan Anda sendiri, memberikan kelas master sederhana dalam gambar dan contoh video!

Secara singkat tentang prinsip pengoperasian

Agar kedepannya Anda memahami mengapa diperlukan suku cadang tertentu saat merakit generator termoelektrik buatan sendiri, mari kita bahas dulu tentang struktur elemen Peltier dan cara kerjanya. Modul ini terdiri dari termokopel yang dihubungkan secara serial yang terletak di antara pelat keramik, seperti terlihat pada gambar di bawah ini.

Ketika arus listrik melewati sirkuit seperti itu, apa yang disebut efek Peltier terjadi - satu sisi modul memanas dan sisi lainnya mendingin. Kenapa kita perlu ini? Semuanya sangat sederhana, jika Anda bertindak dalam urutan terbalik: panaskan satu sisi pelat dan dinginkan sisi lainnya, sehingga Anda dapat menghasilkan listrik bertegangan dan arus rendah. Kami berharap semuanya jelas pada tahap ini, jadi kami beralih ke kelas master yang akan menunjukkan dengan jelas apa dan bagaimana membuat generator termoelektrik dengan tangan Anda sendiri.

Kelas master perakitan

Jadi, kami menemukan di Internet instruksi yang sangat rinci dan sekaligus sederhana untuk merakit generator listrik buatan sendiri berdasarkan tungku dan elemen Peltier. Untuk memulai, Anda perlu menyiapkan bahan-bahan berikut:

• Elemen Peltier sendiri dengan parameter : arus maksimum 10 A, tegangan 15 Volt, dimensi 40*40*3,4 mm. Penandaan – TEC 1-12710.
• Catu daya lama dari komputer (hanya diperlukan casing darinya).
• Penstabil tegangan dengan karakteristik teknis sebagai berikut: tegangan masukan 1-5 Volt, tegangan keluaran – 5 Volt. Instruksi perakitan generator termoelektrik ini menggunakan modul dengan output USB, yang akan menyederhanakan proses pengisian ulang ponsel atau tablet modern.
• Radiator. Anda bisa langsung mengeluarkannya dari prosesor dengan pendingin, seperti terlihat pada foto.
• Pasta termal.

Setelah menyiapkan semua bahan, Anda dapat melanjutkan membuat perangkat sendiri. Nah, agar Anda lebih jelas cara membuat generator sendiri, kami berikan step by step master class beserta gambar dan penjelasan detailnya:

Generator termoelektrik bekerja sebagai berikut: Anda memasukkan kayu ke dalam tungku, membakarnya dan menunggu beberapa menit hingga salah satu sisi pelat memanas. Untuk mengisi ulang ponsel, perbedaan suhu antara sisi yang berbeda harus sekitar 100 o C. Jika bagian pendingin (radiator) menjadi panas, harus didinginkan dengan semua metode yang mungkin - tuangkan air perlahan ke atasnya, taruh cangkir es di atasnya, dll.

Dan berikut adalah video yang menunjukkan dengan jelas cara kerja generator listrik berbahan bakar kayu buatan sendiri:

Menghasilkan listrik dari api

Anda juga dapat memasang kipas komputer di sisi dingin, seperti yang ditunjukkan pada versi kedua generator termoelektrik buatan sendiri dengan elemen Peltier:

Dalam hal ini, pendingin akan menggunakan sebagian kecil dari daya genset, namun sistem yang dihasilkan akan lebih efisien. Selain untuk mengisi daya telepon, modul Peltier dapat digunakan sebagai sumber listrik untuk LED, yang juga merupakan pilihan yang berguna untuk menggunakan generator. Omong-omong, versi kedua dari generator termoelektrik buatan sendiri memiliki tampilan dan desain yang sedikit mirip. Satu-satunya peningkatan, selain sistem pendingin, adalah kemampuan untuk menyesuaikan ketinggian pembakar. Untuk melakukan ini, pembuat elemen menggunakan "badan" CD-ROM (salah satu foto dengan jelas menunjukkan bagaimana Anda dapat membuat desain sendiri).

Jika Anda membuat generator termoelektrik dengan tangan Anda sendiri menggunakan metode ini, Anda dapat memiliki tegangan hingga 8 Volt pada outputnya, jadi untuk mengisi daya ponsel Anda, jangan lupa untuk menghubungkan konverter yang hanya menyisakan 5 V pada outputnya.

Nah, versi terakhir dari sumber listrik buatan sendiri untuk rumah dapat diwakili oleh diagram berikut: sebuah elemen - dua "batu bata" aluminium, pipa tembaga (pendingin air) dan pembakar. Hasilnya adalah generator efektif yang memungkinkan Anda menghasilkan listrik gratis di rumah!

Waktu terbaik untuk mengoperasikan termogenerator berbasis elemen Peltier, tentu saja, adalah musim dingin. Karena mereka perlu didinginkan dengan baik untuk mendapatkan apa pun.

Dalam percobaan pengujian generator bertenaga, digunakan 12 modul Peltier TEC1-12706. Yang termurah dan terpopuler dijual di toko Cina ini. Ada pendingin pendingin untuk itu.

Pendinginan pada contoh yang ditunjukkan disediakan oleh kipas 5,4 watt, 12 volt.

Apa itu elemen Peltier, apa karakteristiknya, cara kerjanya, dan desain model kerja, dijelaskan dalam beberapa artikel di situs web kami, yang dapat Anda temukan dengan mudah melalui bilah pencarian yang mudah digunakan.

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui daya maksimum yang dapat dihasilkan termokopel China termurah di musim dingin.
Jadi, dengan dimulainya percobaan, kompor dinyalakan, ketika kayunya sedikit menyala, termogenerator mulai bekerja dan kipas angin menyala. Ini mendinginkan sisi dingin termokopel. Skemanya sederhana. Di akhir video diperlihatkan bagaimana termogenerator tersebut dirakit.

Selama percobaan, tegangan rangkaian terbuka maksimum generator ini akan tercapai. Kemudian, dengan menggunakan potensiometer, tegangan ini akan dikurangi setengahnya. Ini meratakan resistansi generator dan resistansi beban. Kemudian jumlah daya yang sama dihamburkan pada generator dan beban. Hal ini akan memberikan 50 persen daya, atau lebih tepatnya efisiensi sebesar 50% dari daya yang disalurkan. Hal ini setara dengan efisiensi yang hanya 50%. Namun keluaran tenaga tersebut akan maksimal pada rasio ini. Namun transmisi tenaga maksimum hanya terjadi dengan rasio ini!
Saat tungku memanas, tegangan yang dihasilkan oleh generator listrik meningkat. Kecepatan kipas bertambah, merupakan kipas yang cukup bertenaga dengan daya 5,5 watt. Oleh karena itu, ia akan mengambil sebagian kekuasaannya untuk dirinya sendiri. Kekuatan yang kini ditentukan akan menjadi kekuatan yang berguna. Tegangan tidak naik di atas 26 volt. Kami menghubungkan potensiometer dan mulai menambahkan resistansi.

Sekarang kita naikkan tegangan secara bertahap menjadi 13 volt. Daya yang tercatat sebesar 9 watt. Saat pengaturan dilakukan, generator memanas dan daya turun 1,5 watt.
Kami bisa mendapatkan hingga 9 watt dalam waktu singkat. Namun kemudian listriknya turun dan berhenti di kisaran 7,5 watt. Namun angka ini tetap stabil. Daya ini cukup untuk mengisi daya ponsel, ponsel cerdas, atau tablet apa pun.

Dari 12 elemen Peltier diperoleh 0,5 watt atau lebih per elemen. Pada suhu udara nol derajat, ini merupakan indikator yang baik untuk pendinginan udara. Pada suhu -20, hasilnya akan jauh lebih tinggi. Oleh karena itu, sangat mungkin untuk mendapatkan hingga satu watt per elemen Peltier, tetapi dalam cuaca yang sangat dingin.
Sekarang kipas angin akan dihubungkan melalui wattmeter untuk melihat berapa banyak energi berguna yang dihabiskan untuk pengoperasiannya. Perangkat menunjukkan 6 watt. Jika bukan karena kipas ini, dimungkinkan untuk menambahkan 5-6 watt lagi ke daya generator termal ini.
Untuk melanjutkan percobaan, rencananya kipas angin akan dimatikan agar pendinginan dapat dilakukan dengan menggunakan salju. Setelah kipas disetel ulang, radiator akan tertutup salju tebal. Namun, kecelakaan tak terduga terjadi dalam percobaan tersebut. Setelah kipas dilepas, kompor menjadi terlalu panas dan salah satu elemen Peltier rusak, meleleh tanpa pendinginan. Sistem kehilangan kontak. Oleh karena itu, kipas merupakan elemen yang berguna pada perangkat ini. Untuk keamanan, perlu menggunakan kisi-kisi pelindung.

Kesimpulannya adalah sebagai berikut: sekitar 1 watt per elemen Peltier dapat diperoleh dalam cuaca beku yang baik. Ada tempat, misalnya Yakutia atau ujung utara yang suhunya mencapai minus 50 derajat Celcius. Jadi akan mudah untuk mendapatkan 1 watt dari suatu elemen. Bayangkan ada kompor di dalam yurt, dan di belakangnya ada tembok berukuran 1 x 2 m, sisi hangatnya ada di dalam kompor, dan sisi dinginnya ada di luar, yang ada embun beku dan angin. Dari satu meter persegi elemen tersebut Anda dapat menghilangkan hingga 0,5 kilowatt listrik. Artinya, dari 2 meter persegi Anda bisa mendapatkan listrik hingga satu kilowatt.

Tungku kuat berdasarkan elemen diproduksi di Rusia. Mereka disebut “Tungku pembangkit listrik Indigirka”. Anda bisa membelinya di toko ini, kode diskon 11920924.

Desain termogenerator semacam itu sangat sederhana. 12 elemen Peltier Cina termurah dijepit di antara dua radiator aluminium, yang seharusnya memiliki permukaan halus dan dipoles idealnya. Secara alami, pasta termal diterapkan ke setiap sisi termoelemen. Kami mengencangkan radiator dengan baut dan menghubungkannya dengan kabel. Kami memasang pendingin, sebaiknya yang lebih bertenaga. Ya, kompornya sendiri. Ini adalah sepotong baja galvanis, lebih baik dari baja tahan karat. Menempel pada radiator panas dengan baut. Kemudian dibuat bagian bawah dengan lubang 7-8 mm untuk pemasukan udara.

Ada kelanjutan dari percobaan ini. Untuk menemukannya, tulis di pencarian situs: Peltier berpendingin udara.

Peralatan pendingin dan sistem pendingin udara merupakan elemen integral dalam kehidupan sehari-hari. Namun, desain massal berbasis zat pendingin standar tidak praktis untuk aplikasi seluler seperti tas pendingin. Dalam kasus seperti itu, perangkat yang didasarkan pada efek Peltier digunakan, yang akan kita bahas secara rinci dalam materi ini.

Elemen Peltier atau pendingin termoelektrik didasarkan pada termokopel yang terdiri dari dua elemen dengan konduktivitas tipe p dan n, yang dihubungkan dengan pelat tembaga penghubung. Bagian dalam banyak kasus terbuat dari bismut, telurium, antimon dan selenium. Perangkat semacam itu digunakan dalam sistem pendingin rumah tangga, dan juga memiliki kemampuan menghasilkan energi.

Apa itu?

Fenomena dan istilah Peltier menunjukkan penemuan yang dilakukan pada tahun 1834 oleh ilmuwan Perancis Jean-Charles Peltier. Inti dari penemuan ini adalah bahwa panas secara konstan dilepaskan atau diserap di area di mana terdapat kontak antara dua konduktor berbeda arah yang melaluinya arus listrik mengalir.

Teori klasik menjelaskan fenomena ini sebagai berikut: dengan bantuan arus listrik, elektron ditransfer antar logam, dipercepat atau diperlambat, tergantung pada perbedaan potensial kontak pada konduktor logam dengan tingkat konduktivitas yang berbeda. Elemen Peltier dengan demikian berkontribusi pada konversi energi kinetik menjadi energi panas.

Efek sebaliknya terjadi pada konduktor kedua, dimana pengisian energi diperlukan berdasarkan hukum dasar fisika. Situasi ini terjadi karena proses getaran termal, akibatnya logam konduktor kedua mendingin.

Dengan menggunakan teknologi modern, dimungkinkan untuk menghasilkan modul Peltier dengan efek termoelektrik maksimum.

Desain dan prinsip operasi

Modul Peltier modern adalah desain di mana terdapat dua pelat isolasi, dan termokopel dihubungkan di antara keduanya dalam urutan yang ketat. Diagram standar elemen ini untuk pemahaman yang lebih baik tentang fungsinya ditunjukkan pada gambar.

Penunjukan elemen struktur:

• A – kontak yang melaluinya sambungan ke sumber listrik dibuat;
• B – permukaan panas;
• C – sisi dingin;
• D – konduktor tembaga;
• E – semikonduktor sambungan p;
• Semikonduktor tipe F – n.

Elemen dibuat sedemikian rupa sehingga kedua permukaan bersentuhan dengan sambungan pn atau np, berdasarkan polaritas. Kontak p-n memanas, dan suhu n-p menurun. Akibatnya timbul perbedaan suhu DT pada ujung-ujung elemen. Efek ini berarti bahwa energi panas yang berpindah antar elemen modul mengatur suhu tergantung pada polaritasnya. Perlu juga dicatat bahwa ketika polaritasnya dibalik, permukaan panas dan dingin berubah.

Spesifikasi

Parameter teknis elemen Peltier mengasumsikan nilai berikut:

• kapasitas pendinginan (Qmax) – dihitung berdasarkan batas arus dan perbedaan suhu antara ujung modul. Satuan pengukuran – Watt;
• perbedaan suhu maksimum (DTmax) – diukur dalam derajat, karakteristik ini diberikan untuk kondisi optimal;
• Imax adalah arus listrik maksimum yang diperlukan untuk memastikan perbedaan suhu yang lebih besar;
• tegangan maksimum Umax yang diperlukan arus listrik Imax untuk mencapai perbedaan suhu maksimum DTmax;
• Resistansi – resistansi internal perangkat, diukur dalam Ohm;
• COP merupakan koefisien efisiensi atau efisiensi modul Peltier yang mencerminkan rasio pendinginan dan konsumsi daya. Tergantung pada fitur perangkat, untuk perangkat murah indikatornya berada di kisaran 0,3-0,35, untuk model yang lebih mahal bervariasi hingga 0,5.

Kelebihan elemen Peltier bergerak adalah ukurannya yang kecil, proses yang dapat dibalik, dan kemampuannya untuk digunakan sebagai generator listrik portabel atau lemari es.

Kerugian dari modul ini adalah biaya tinggi, efisiensi rendah dalam 3%, biaya energi tinggi dan kebutuhan untuk terus-menerus mempertahankan perbedaan kondisi suhu.

Aplikasi

Bahkan dengan mempertimbangkan koefisien efisiensi yang rendah, pelat dalam modul Peltier banyak digunakan dalam instrumen pengukuran dan komputasi, serta peralatan rumah tangga portabel. Berikut adalah daftar perangkat yang modelnya merupakan bagian integralnya:

• perangkat pendingin portabel;
• generator listrik kecil;
• kompleks pendingin di PC dan laptop;
• pendingin untuk memanaskan dan mendinginkan air minum;
• penurun kelembapan.

Bagaimana cara menghubungkan

Anda dapat menghubungkan modul Peltier sendiri, tidak memerlukan banyak waktu dan tenaga. Kontak keluaran harus disuplai dengan tegangan konstan, yang ditentukan dalam petunjuk pengoperasian perangkat. Kabel merah dihubungkan ke positif, dan kabel hitam dihubungkan ke negatif. Harap dicatat bahwa ketika polaritasnya dibalik, permukaan yang dipanaskan dan didinginkan akan bertukar tempat.

Sebelum menghubungkan, disarankan untuk memeriksa fungsionalitas elemen. Salah satu cara sederhana dan andal untuk memeriksa perangkat adalah metode sentuhan: untuk melakukan ini, Anda perlu menyambungkan perangkat ke sumber listrik dan menyentuh kontak yang berbeda. Perangkat yang berfungsi normal akan memiliki beberapa kontak yang hangat dan yang lainnya dingin.

Anda juga bisa mengeceknya menggunakan multimeter dan korek api. Untuk melakukan ini, Anda perlu menghubungkan probe ke kontak perangkat, membawa pemantik api ke satu sisi dan mengamati pembacaan multimeter. Jika elemen Peltier beroperasi dalam mode standar, maka pada saat proses pemanasan akan dihasilkan arus listrik pada salah satu sisinya, dan data tegangan akan ditampilkan pada layar multimeter.

Cara membuat elemen Peltier dengan tangan Anda sendiri

Tidak disarankan membuat elemen Peltier di rumah karena biayanya yang rendah dan perlunya pengetahuan khusus untuk membuat elemen yang berfungsi. Namun, Anda dapat merakit generator termoelektrik seluler yang efektif dengan tangan Anda sendiri, yang akan berguna di pedesaan atau dalam perjalanan berkemah.

Untuk menstabilkan tegangan listrik, Anda perlu merakit sendiri konverter standar menggunakan chip IC L6920. Tegangan 0,8-5,5 V harus diterapkan pada input perangkat, dan pada output akan menghasilkan 5 V, nilai ini cukup untuk mengisi baterai perangkat seluler dalam mode standar. Jika perangkat elektronik Peltier standar digunakan, maka batas suhu permukaan yang dipanaskan perlu dibatasi hingga 150 derajat. Untuk mengontrol suhu dengan mudah, disarankan menggunakan panci berisi air mendidih, agar model tidak memanas di atas 100 derajat.

Pelat Peltier banyak digunakan untuk mendinginkan peralatan rumah tangga modern, pada AC; efektivitas perangkat ini telah terbukti, khususnya, untuk menstabilkan rezim termal dan mendinginkan prosesor yang kuat. Berdasarkan elemen Peltier, lemari es bergerak yang efisien sering dibuat di rumah untuk rumah musim panas atau mobil, dengan menyalakan radiator. Karena proses yang dapat dibalik, elemen buatan sendiri digunakan sebagai pembangkit listrik kecil bergerak di daerah tanpa sumber listrik.