Zelfbouw Thermoelectrische Generator: Hoe Het Werkt & DIY Handleiding

Deze dagen omarmen wereldwijd veel mensen groene energie-opslag. Waarom? Eenvoudig: het levert elektriciteit op uit verspilde of diverse energiebronnen in een omgeving, zonder batterijen of netaansluiting. Energie- en warmtebronnen omvatten thermische, zonnestraling en radiofrequenties. Thermoelectrische energie-opslagtechnologie valt onder de groene categorie en gebruikt het Seebeck-effect om een temperatuursgradiënt om te zetten in elektrisch vermogen. Bent u geïnteresseerd in het bouwen van een robuuste, betrouwbare energie-omvormer die elektriciteit produceert waar warmte afgestraald wordt? Overweeg dan een DIY thermoelectrische generator (TEG).

In dit artikel leren we u over de TEG, gedetailleerde bouwstappen en meer.

Wat is een TEG?

De TEG of Peltier-generator is een vastestof halfgeleiderapparaat. Het zet het warmteverschil tussen de lagen van het apparaat om in elektriciteit (of een bruikbare DC-bron).

Verward de thermoelectrische koeler niet met de TEG. Ze hebben dezelfde componenten, maar de koeler produceert een elektrische stroom wanneer u spanning aanlegt, en wordt zo een thermoelectrisch apparaat. De elektriciteit uit warmte stimuleert het Peltier-effect: warmte verplaatst van koud naar warm. De thermoelectrische generator helpt warmte te verwijderen of toe te voegen, met name voor vastestofapparaten. Het bevat twee verschillende halfgeleidermaterialen voor het Seebeck-effect.

Het Seebeck-effect: de TEG produceert elektrische energie bij een temperatuurverschil over zijn kanten, wanneer de geconfigureerde interne structuur gedopte p- en n-type halfgeleiders gebruikt.

Hoe Werken Thermoelectrische Generatoren?

Constructie van de TEG

De TEG heeft twee speciale halfgeleiders: P-type en N-type, elk met verschillende elektrondichtheden. Plaats afwisselende halfgeleiderpilaren (p- en n-type) thermisch. De pilaren moeten lijnen: elektrisch in serie. Gebruik een thermisch geleidende plaat aan elke kant om beide pilaren te verbinden. Kies een keramische geleidende plaat om extra isolatie te vermijden. Bij aanleg van spanning aan de vrije eindes van de halfgeleiders vloeit stroom over de bimetallische overgang. Er ontstaat een thermisch energieverschil: het deel met de koelplaat neemt warmte op (hete uitlaatrook) en verplaatst het naar de andere kant.

Werkprincipe van Thermoelectrische Generatoren

TEG's werken via het Seebeck-effect. Dit treedt op wanneer halfgeleiders ladingsdragers ervaren die binnenin bewegen. Het type ladingsdrager hangt af van het halfgeleidertype: gaten in gedopte p-type, elektronen in n-type. Vanaf de warme kant van de halfgeleider diffunderen de ladingsdragers. Hierdoor ontstaat een opstapeling van energieladingen aan één einde van het apparaat. Deze opstapeling genereert een spanningspotentieel dat recht evenredig is met het temperatuurverschil over de halfgeleider.

Wat is het Seebeck-effect?

Het Seebeck-effect treedt op wanneer een elektrisch geleidend materiaal een elektromotorische kracht (EMK) ontwikkelt tussen twee punten door een temperatuursverschil. De EMK heet thermo-elektrisch of Seebeck-EMK. De Seebeck-coëfficiënt is de verhouding tussen temperatuursverschil en EMK. De thermokoppel meet het potentiaalverschil tussen de uiteinden (warm en koud) van twee verschillende module-ontwerpmaterialen.

Het potentiaalverschil is evenredig aan het temperatuurverschil (koud/warm uiteinden). Het nadeel: het vereist extreme temperatuursverschillen. Overmatige warmte aan één kant verwarmt de andere kant, wat de TEG kan beschadigen en nul elektriciteit oplevert. Voor optimale respons: één kant warm, de andere kant koel houden.

DIY Thermoelectrische Generator

Benodigdheden

• Kaarsen (10)
• Aluminium bak (1)
• TEC's (8)
• Isolatietape (1)
• Solderdraad (1)
• Aluminium plaat (1)
• X-acto mes (1)
• Loctite (1)
• Spanningsregelaar (1)
• Solderbout (1)
• Thermoelectrische pasta (1)

Stappen

Stap 1 - TEC's Vasten en Solderen

Controleer TEC-afmetingen (~40×40 mm). Gebruik 8 TEC's (10 voor meer stroom/spanning). Aluminium bak basis: 160×80 mm. Zorg voor vlakke basis voor goede contact en temperatuursgradiënt. Isoleer montagegebied met isolatietape. Breng thermische pasta aan op de blanke kant. Plak TEC's met letters naar boven. Draden vormen paren (rood/zwart). Behalve TEC 4 zwart en TEC 8 rood: solder alle draden. TEC 8 en 4 blijven los. Sluit de lus: solder TEC 5 (zwart) aan TEC 1 (rood). Isoleer soldeerpunten met extra tape.

Stap 2 - Staand Maken

Aluminium bak hoogte: 50mm. TEC-dikte: ~5mm. Afstand TEC-vlam: 15mm. Kaars + vlam = 30mm. Bak + TEC = 55mm. Totale staandhoogte = 100mm. Aluminium plaat: ~430×100mm.

Stap 3 - Ondersteuning voor Spanningsregelaar

Knip aluminium strip: 30×250mm. Buig randen. Randen passen perfect aan bakzijden. Steun staand met drie kurkjes. Plak spanningsregelaar direct op kurk voor isolatie.

Stap 4 - TEC Draden Aan Spanningsregelaar Koppelen

Zwart = negatief, rood = positief. Meting tussen TEC 8 en 4 geeft negatieve spanning: omgekeerde polariteit door initiële soldering. Maak omgekeerde verbinding voor TEC-pads aan regelaar. Gebruik aluminium plaat, buig randen voor meer warmteopname van kaarsen. Aluminium (160×120mm) dekkt verder dan TEC-platen. Plak aluminium op TEC met thermische lijm, laat drogen.

Stap 5 - Testen

Plaats zoveel kaarsen als basis ondersteunt. Ontsteek kaarsen, fix bak. Voeg water en ijsblokjes toe voor kouder water = meer energie. LED op spanningsregelaar gaat branden, spanning stijgt. Wacht ~2 minuten voor stabilisatie. Druk knop spanningsregelaar: filter laat alleen 5V door.

Afsluiting

DIY thermoelectrische generatoren bouwen is mogelijk door de stappen in dit artikel te volgen. Het bouwen van dit gratis-energie-apparaat is een goede stap voor groene voorstanders. Het zet temperatuur om in elektriciteit. Wat denkt u van TEG's? Hulp nodig bij opzet? Neem contact op, we helpen graag.