Thermoelektrische Generatoren zum Selbermachen:Das Funktionsprinzip und wie man einen herstellt

Seitenteil des thermoelektrischen Generators

Quelle:Wikimedia Commons

Heutzutage haben sich viele Menschen auf der ganzen Welt für die Ernte grüner Energie entschieden. Wieso den? Einfach! Es bietet Strom aus verschwendeten oder anderen Energiequellen in einer Umgebung. Interessanterweise macht das System all dies ohne Batterien oder Netzanschluss. Einige seiner Energie- und Wärmequellen umfassen thermische, solare und Radiofrequenzen. Die thermoelektrische Energy-Harvesting-Technologie ist jedoch eine Energiequelle, die in die grüne Kategorie fällt. Und es nutzt den Seebeck-Effekt, um den Temperaturgradienten in elektrische Energie umzuwandeln. Möchten Sie also lernen, wie man einen robusten und zuverlässigen Energieerzeugungswandler baut? Das heißt, einer, der Strom produziert, wo die Wärme abgeführt wird? Dann wäre es hilfreich, wenn Sie überlegen, selbst thermoelektrische Generatoren herzustellen.

In diesem Artikel erklären wir Ihnen mehr über die TEG, detaillierte Schritte zur Herstellung einer solchen und vieles mehr.

Lass uns anfangen!

Was ist TEG?

Diagramm des thermoelektrischen Generators

Quelle:Wikimedia Commons

Der TEG- oder Peltier-Generator ist ein Festkörper-Halbleiterbauelement. Tatsächlich wird die Wärmedifferenz zwischen der Schicht des Geräts in Elektrizität (oder eine wertvolle Gleichstromquelle) umgewandelt.

Außerdem ist es wichtig, den thermoelektrischen Kühler nicht mit dem TEG zu verwechseln. Schließlich haben beide die gleichen Komponenten. In Wahrheit erzeugt die thermoelektrische Kühlbox einen elektrischen Strom, wenn Sie Spannung an das Gerät anlegen. Und es wird schließlich zu einem thermoelektrischen Gerät.

Die Elektrizität aus Wärme stimuliert also den Peltier-Effekt. Das Produkt verschiebt also Wärme von der kalten auf die heiße Seite. Aber die thermoelektrischen Generatoren helfen, Wärme zu entfernen oder hinzuzufügen, insbesondere für Festkörpergeräte. Außerdem sind zwei verschiedene Halbleitermaterialien enthalten, die Sie für den Seebeck-Effekt verwenden können.

Was ist ein Seebeck-Effekt? Es hilft dem TEG, mit der Produktion elektrischer Energie zu beginnen, wenn Sie es einem Temperaturunterschied über seine Rückseiten aussetzen. Und das passiert, wenn die konfigurierte interne Struktur der TEGs einige dotierte p- und n-Halbleiter verwendet.

Wir werden später in diesem Artikel nicht mehr darüber sprechen.

Wie funktionieren thermoelektrische Generatoren?

Bevor wir uns mit der Funktionsweise thermoelektrischer Generatoren befassen, ist es wichtig, ihren Aufbau zu verstehen.

Bau des TEG

Der TEG hat normalerweise zwei spezielle Halbleiter vom P-Typ und N-Typ, und jeder der Halbleiter hat unterschiedliche Elektronenleistungsdichten. Das heißt, Sie können damit beginnen, Ihre abwechselnden Halbleitersäulen (p- und n-Typ) thermisch zu platzieren.

Und die Säulen sollten sich ausrichten. Das heißt, die Pfosten sollten elektrisch in Reihe geschaltet sein. Damit können Sie auf jeder Seite eine Wärmeleitplatte verwenden, um beide Säulen zu verbinden.

Der Tipp hier ist, sich für eine Keramikleiterplatte zu entscheiden – wenn Sie keinen weiteren Isolator hinzufügen möchten. Wenn Sie also eine Spannung an die freien Enden der Halbleiter anlegen, fließt der Strom über den Bimetallübergang.

Folglich werden Sie einen Unterschied in der thermischen Energie feststellen, was keine gelegentliche Ausnahme ist. Außerdem nimmt der Teil des Aufbaus mit der Kühlplatte die Wärme auf (heißer Abgaskamin) und transportiert sie dann auf die andere Seite des Geräts.

Funktionsprinzip thermoelektrischer Generatoren

Die thermoelektrischen Generatoren arbeiten unter Ausnutzung des Seebeck-Effekts. Und dieser Effekt tritt auf, wenn sich Ladungsträger in den Halbleitern bewegen. Aber der Ladungsträger, den Sie haben, hängt von der Art des verwendeten Halbleiters ab.

Ladungsträger sind beispielsweise Löcher in dotierten Halbleitern vom p-Typ und Elektronen in Halbleitern vom n-Typ. Allerdings neigen die Ladungsträger von der heißen Seite des Halbleiters zur Diffusion. Infolgedessen sammeln sich an einem Ende des Geräts alle Formen von Energieladungen an.

Ein thermoelektrischer Radiostope-Generator

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Daher erzeugt der Aufbau ein Spannungspotential, das direkt proportional zur Temperaturdifferenz über dem Halbleiter ist.

Was ist der Seebeck-Effekt

Der Seebeck-Effekt tritt auf, wenn ein elektrisch leitendes Material aufgrund eines Temperaturunterschieds zwischen zwei Punkten eine elektromotorische Kraft entwickelt. Man kann also die EMK thermoelektrisch oder Seebeck EMK nennen.

Auch der Seebeck-Koeffizient bezieht sich auf das Verhältnis zwischen Temperaturbereichsdifferenz und EMK. Dann hilft Ihnen das Thermoelement, die Potentialdifferenz zwischen zwei unterschiedlichen Moduldesignmaterialien zwischen den Enden (heiß und kalt) zu messen.

Außerdem ist die Potentialdifferenz proportional zur Temperaturdifferenz (über das kalte und das heiße Ende). Die Kehrseite dieses Effekts ist jedoch, dass er extreme Temperaturunterschiede erfordert.

Und dies ist der schwierige Teil des Systems, da überschüssige Wärme auf einer Seite des Geräts die andere Seite erwärmt. Daher kann es den TEG beschädigen und keinen Strom erzeugen.

Um eine optimale Reaktion aufrechtzuerhalten, sollte also nur eine Seite Ihres TEG heiß und die Gegenseite entspannt sein.

Thermoelektrischer DIY-Generator

Thermoelektrischer DIY-Generator

Quelle:Phys.org

Hier ist die Liste der Dinge, die Sie zum Bau Ihres selbstgebauten thermoelektrischen Generators benötigen:

• Kerzen (10)
• Aluminiumschale (1)
• TEC (8)
• Isolierband (1)
• Lötdraht (1)
• Aluminiumplatte (1)
• X-acto Messer (1)
• Loctite (1)
• Spannungsregler (1)
• Lötkolben (1)
• Thermoelektrische Paste (1)

Schritte

Schritt 1 – Fixieren und löten Sie die thermoelektrischen Kühler

Beginnen Sie mit einem Lineal, um die Größe Ihres TEC zu bestätigen (ca. 40 x 40 mm). Verwenden Sie dann Ihren 8 TEC. Wenn Sie jedoch mehr Strom und Spannung wünschen, können Sie 10 verwenden. Mit dem 8 TEC sollte die Basis Ihrer Aluminiumschale also 160 x 80 mm betragen.

Stellen Sie dabei sicher, dass Ihre Basis flach ist. Auf diese Weise ist es einfach, Ihren TEC zu kleben, sodass Sie den Temperaturgradienten erhalten. Als Nächstes können Sie den Bereich, in dem Sie den TEC installieren, mit dem Isolierband isolieren.

Tragen Sie anschließend etwas Wärmeleitpaste auf die leere Seite auf. Wenn Sie schon dabei sind, fügen Sie den TEC mit den Buchstaben nach oben ein. Damit sehen Sie, dass die Drähte Paare bilden (rot und schwarz). Löten Sie außer dem schwarzen TEC-Kabel Nr. 4 und dem roten Kabel Nr. 8 die anderen Kabel.

Mit anderen Worten, TEC 8 und 4 sollten locker bleiben. Dann können Sie die Schleife vervollständigen, indem Sie TEC 5 (schwarzes Kabel) an TEC 1 (rotes Kabel) löten.

Wenn Sie den Vorgang hier abgeschlossen haben, bringen Sie weitere Isolierbänder an den Lötstellen an. Auf diese Weise haben die Lötprobleme keinen Kontakt mit anderen Oberflächen.

Schritt 2 – Erstellen Sie Ihren Stand

In diesem Schritt müssen Sie die Höhe Ihrer Aluminiumschale berücksichtigen, die 50 mm beträgt. Fügen Sie in diesem Sinne eine TEC-Dicke von etwa 5 mm hinzu. Dann kann der Abstand zwischen TEC und Kerzenflammen 15 mm betragen.

Die Berechnung ist wie folgt:

• Kerze + Flamme =30 mm
• Aluminiumwannenhöhe + TEC-Dicke =(50 + 5) =55 mm
• Abstand zwischen TEC und Flamme =15 mm
• Komplette Ständerhöhe =100 mm

Stellen Sie in diesem Sinne sicher, dass Ihre Aluminiumplatte etwa 430 x 100 mm groß ist.

Schritt 3 – Erstellen Sie Unterstützung für Ihren Spannungsregler

Sie können dies tun, indem Sie einen Aluminiumstreifen schneiden, und die Abmessung kann 30 x 250 mm betragen. Fahren Sie dann fort, die Kanten zu falten.

Folglich sollten die Kanten perfekt zu den Aluminiumschalenseiten passen. Stützen Sie anschließend den Ständer, indem Sie drei Korken festkleben. Damit können Sie Ihren Spannungsregler zur Isolierung direkt auf den Korken kleben.

Schritt 4 – Verbinden Sie die TEC-Kabel mit dem Spannungsregler

Typischerweise ist der schwarze Draht negativ, während der rote fröhlich ist. Wenn Sie also die Spannung zwischen TEC 8 und 4 messen, ergibt sich eine negative Spannung. Daher bedeutet dies, dass aufgrund der Art und Weise, wie Sie die TEC-Pads ursprünglich gelötet haben, eine umgekehrte Polarität vorliegt.

Folglich müssen Sie eine umgekehrte Verbindung für die TEC-Pads zum Spannungsregler herstellen.

Da der TEC mit Temperaturunterschieden arbeitet, verwenden Sie außerdem eine Aluminiumplatte. Wenn Sie schon dabei sind, biegen Sie die Kanten.

Auf diese Weise erhält Ihr TEC mehr Wärme von den Kerzen. Und Ihr Aluminium (160 x 120 mm) sollte über die TEC-Platten hinausragen. Kleben Sie dann das Aluminium mit etwas Heißkleber auf das TEC und lassen Sie es trocknen.

Schritt 5 – Auswärts testen

Fügen Sie so viele Kerzen hinzu, je nachdem, was Ihre Basis unterstützen kann. Dann zünde die Kerzen an und richte dein Tablett ein.

Fügen Sie danach etwas Wasser und Eiswürfel hinzu, um Ihr Wasser kühler zu machen. Und kühleres Wasser bedeutet mehr Energie. Damit werden Sie kein Licht auf der LED bemerken, die an Ihren Spannungsregler angeschlossen ist. Folglich beginnt die angezeigte Spannung zu steigen.

Danach können Sie etwa zwei Minuten warten, bis sich das Setup stabilisiert hat. Drücken Sie danach die Spannungsreglertaste. Infolgedessen lässt Ihr Filter nur 5 V durch den Regler passieren.

Abschluss

Es ist möglich, selbstgemachte thermoelektrische Generatoren zu bauen, solange Sie den Anweisungen in diesem Artikel folgen. Außerdem ist der Bau dieses kostenlosen Energiegeräts ein guter Schritt in die richtige Richtung – besonders wenn Sie ein grüner Verfechter sind. Außerdem hilft es Ihnen, Temperatur ganz einfach in Strom umzuwandeln.

Also, was denkst du über TEGs? Benötigen Sie Hilfe bei der Einrichtung des Geräts? Sprechen Sie uns gerne an. Wir helfen Ihnen gerne weiter.