[Из песочницы] 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 Зеебега. Чаще, можно слышать про эффект Пельтье — разделение температур на разнородных спаянных проводниках и полупроводниках, что является обратным эффектом Зеебега.
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 напряжением, 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 Зеебега 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 Зеебега, 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 52×9 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 Зеебега 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 52×9 мм уже эквивалентны 1 Зеебегу в пасмурную погоду.
