Термоэлектрическое зарядное устройство

Тепло является побочным продуктом всех процессов преобразования энергии, будь то преобразование топлива в энергию или энергию в работу. Эта потеря энергии высбросного тепла стоит миллиарды долларов потерь ежегодно (ENER-G, 2016 г.). Увеличение численности населения земного шара, изменение климата, сокращение запасов ископаемого топлива, а также расширение использования электроэнергии являются факторами, повышенную необходимость внедрения возобновляемых и экологически чистых источников энергии. Многие бытовые приборы / системы производят много сбросного тепла, которое может возвращено и использовано для практических целей. Термоэлектрический генератор (ТЭГ) может быть использован в качестве портативного генератора энергии, который отходящее тепло (от приборов, таких как древесина / печи) преобразует в электрическую энергию, которая может быть сохранена в литиевой батареи. Эта система может быть использована в качестве портативного источника питания для зарядки мобильного телефона или аналогичного устройства.

Детали:

1. Охладители х 2 (медь)
2. ТЭГ модуль  (типа SP1848)
3. Электрический вентилятор (кулер).
4. DC-DC преобразователь (MT3608)
5. Литий-зарядное устройство
6. Литиевая батарея (18650)
7. Батарейный держатель (18650)
8. 1N4004 или аналогичный диод
9. Тепловая токопроводящая паста
10. Теплоизоляционная трубка
11. Винты

Инструменты:

1. Отвертка
2. Паяльник
3. Мультиметр
4. Пистолет горячего воздуха или фен (для тестирования)

ТЭГ преобразует отработанное тепло непосредственно в электрическую энергию с использованием эффекта Зеебека. Одна сторона ТЭГ подвергается тепловому воздействию в то время как другая сторона охлаждается и создает разность температур. Тепло заряжает полупроводники, которые в свою очередь создают положительный и отрицательный поток электронов (соответственно P- и N-каналы). Генератор состоит из двух радиаторов; первый проводит тепло в одну сторону от ТЭГ модуля, второй теплоотвод с помощью вентилятора, отводит тепло охлаждая другую сторону модуля для поддержания перепада тепла. Переменный ток и напряжение, создаваемое преобразуются в стабильное напряжение и сохраняется на батарее. Для преобразования и стабилизации низкого напряжения , выдаваемого ТЭГ (5 В ), мы используем MT3608. Мы используем литий-ионный аккумулятор и зарядное устройство для хранения генерируемой энергии.

Первое, что нам нужно сделать, это проверить, где холодная и горячая сторона ТЭГ. Чтобы проверить, просто немного нагрейте с одной стороны (феном) и в то же время измерьте напряжение, выходящее из ТЭГ мультиметром. Теперь, когда вы знаете, в каком направлении будет идти тепло. Теперь можно начать монтаж ТЭГ между двумя радиаторами. Не забудьте положить немного тепло пасты между ними. Проверьте работоспособность снова с помощью мультиметра и фена.

Соединим все части для зарядного устройства. Подключите держатель батареи к соответствующим выводам на плате зарядного устройства. НЕ ПОДКЛЮЧАЙТЕ ПОКА все не спаяете!

Следующим шагом является подключение преобразователя DC-DC к ТЭГ. Перед тем как мы собираемся сделать это, нам нужно установить напряжение на преобразователе постоянного тока, регулируя триммер. Подключите плату преобразователя к стабильному источнику питания между 2-5v и отрегулируйте триммер, измеряя напряжение на выходе мультиметром. Если напряжение устанавливается вы можете спаять его между ТЭГ и вентилятором.

На последнем этапе мы припаяем зарядное устройство к выходу 5v преобразователя DC-DC. Поместите батарею в держатель и разогрейте ТЭГ. Через некоторое время, красный светодиод должен загореться это означает, что батарея заряжается!

Практическое применение термоэлектрических генераторов ограничены. Объясняется неэффективностью модулей и стоимости используемых материалов.

Мощность (Вт), производимых ТЭГ зависит от:

Величины теплового потока, который может перемещаться через модуль, разность температур между горячей и холодной сторонами. (Tecteg, 2016 г.) Высокоэффективные термоэлектрические (TE) материалы должны быть хорошими электрическими проводниками и плохими проводниками тепла для того, чтобы поддерживать высокий перепад тепла и устранения обратного потока тепла. Из-за конфликтующих характеристик материала, исследователи были неспособны произвести термоэлектрический материал с достаточно высокой эффективностью для многих практических применений (WÜSTENHAGEN, 2016 г.).  Усовершенствования в области нанотехнологий позволит разработать более эффективные материалы. В конце концов, они будут производиться по конкурентоспособной цене, что делает модули ТЭГ в будущем более эффективным в диапазоне высоких и низких температур.