Решён
Какой ток может генерировать термоэлектрический модуль Пельтье?

Алексей Омов • Схемотехника •
2.9k
5

Заинтересовался генерацией электричества из разницы температур. Есть несколько модулей TEC1-12706 (самые обычные, 40x40 мм).

Сделал тестовый стенд: одна сторона на кружке с кипятком (~90C), вторая на алюминиевом радиаторе комнатной температуры (~23C). Мультиметр показал примерно 2.8В без нагрузки. Но когда подключил светодиод и резистор, напряжение просело до 0.7В.

Вопросы:

  1. Какой максимальный ток реально снять с одного такого модуля при dT=60-70 градусов?
  2. Можно ли последовательно соединить 3-4 штуки чтобы получить стабильные 5В для зарядки телефона?
  3. Есть ли специальные модули Пельтье, заточенные под генерацию (не охлаждение)?
TEC1-12706ПельтьеТермогенерацияЭлектроникаЭнергия

5 ответов

Лучшие Новые Старые
Решение
29
Эксперт • 1 ответ

TEC1-12706 в режиме генерации - это, мягко говоря, не самый эффективный генератор. Но раз спрашиваешь, разберем по пунктам.

1. Ток с одного модуля

TEC1-12706 состоит из 127 термопар, последовательно соединенных. При dT=60-70C на разомкнутых клеммах (Voc) ты получишь примерно 2.5-3.5В, что ты и намерил. Ток короткого замыкания (Isc) для этого модуля при таком dT будет порядка 1.5-2.5А.

Но полезную мощность ты снимешь при напряжении = Voc/2 и токе = Isc/2. Это точка максимальной мощности (MPP). То есть примерно 1.2-1.5В при 0.8-1.2А. Мощность около 1-1.8 Вт.

Твой светодиод просадил напряжение до 0.7В потому что внутреннее сопротивление модуля в режиме генерации высокое (порядка 1.5-3 Ом). Нагрузка должна быть согласована с этим сопротивлением.

2. Последовательное соединение для 5В

Можно, но есть нюансы. 3-4 модуля последовательно дадут 7.5-14В без нагрузки, но под нагрузкой все сильно просядет. Лучше поставить 2 последовательно + step-up DC-DC преобразователь на MT3608 или XL6009. Вход от 0.9В, выход стабильные 5В. На Алиэкспрессе модуль стоит 50-80 рублей.

Только учти: КПД всей цепочки (Пельтье + DC-DC) будет процентов 3-5 от тепловой мощности. Для зарядки телефона (минимум 2.5Вт при 5В/500мА) тебе понадобится 3-4 модуля с хорошим теплоотводом и стабильной разницей температур.

3. Специальные TEG модули

Да. Существуют TEG (Thermoelectric Generator) модули. Отличаются от TEC:

  • Припой высокотемпературный (до 300-350C vs 138C у обычных TEC)
  • Внутреннее сопротивление ниже
  • КПД генерации выше
  • Термопары оптимизированы под эффект Зеебека, а не Пельтье

Ищи по запросам: SP1848-27145, TEG1-12706, TEG1-241-1.4-1.2. Модуль SP1848-27145 при dT=100C выдает около 4.2В и 600мА. Стоит на Алиэкспрессе 200-400 рублей.

Обычные TEC1-12706 тоже работают как генераторы, но у них припой плавится при 138C и они быстро деградируют при высоких температурах. Для кружки с кипятком сойдет, для печки или выхлопной трубы - нет.

15
Эксперт • 1 ответ

Собирал печку-зарядку для походов на 4 элементах SP1848-27145. Ставил последовательно на алюминиевую пластину, другую сторону в ручей. dT получался 80-90 градусов.

Результат: 5.2В при 350мА через step-up на MT3608. Телефон заряжался, но ооочень медленно. За ночь набрал процентов 30. Для фонарика и GPS-трекера хватало.

Главная проблема не модули, а теплоотвод. Холодная сторона нагревается моментально и dT падает. Нужен либо водяной теплоотвод, либо массивный радиатор с вентилятором (а вентилятор тоже жрет энергию, замкнутый круг).

Еще совет: термопасту клади щедро. Без нее теряешь процентов 30 мощности на контакте.

15
Эксперт • 1 ответ

Если тебе интересна физика процесса.

Элемент Пельтье работает на эффекте Зеебека (обратный эффект Пельтье). Когда два разных проводника (обычно висмут-теллурид, Bi2Te3) соединены и на их стыках разная температура, возникает ЭДС.

Коэффициент Зеебека для Bi2Te3 примерно 200 мкВ/К на одну термопару. В TEC1-12706 их 127 штук последовательно. Значит при dT=67K:

Voc = 127 200e-6 67 = 1.7В

Ты намерил 2.85В. Расхождение потому что реальный коэффициент Зеебека зависит от температуры и у промышленных модулей может быть 250-350 мкВ/К (производители не публикуют точные данные для режима генерации).

Максимальный КПД термоэлектрического генератора ограничен формулой с ZT (figure of merit). Для Bi2Te3 при комнатной температуре ZT около 1, что дает теоретический КПД порядка 5-8% при dT=70K. На практике с учетом тепловых потерь ты получишь 2-4%.

27
Эксперт • 1 ответ

Ради интереса подсчитаю экономику.

Модуль TEC1-12706: 150-200 руб на Али. Пусть 180 руб.
DC-DC MT3608: 70 руб.
Радиатор: 200 руб.
Термопаста: 100 руб (хватит на 20 модулей).
Провода, клеммы: 100 руб.

Итого на один генератор из 3 модулей: 180*3 + 70 + 200 + 5 + 100 = 915 руб.

Выход: примерно 2Вт. За час это 0.002 кВтч. Стоимость 1 кВтч из розетки: 6 руб (Москва).

Чтобы окупить 915 рублей генерацией электричества, нужно непрерывно работать 915/(0.002*6) = 76250 часов = 8.7 лет.

Как хобби и эксперимент - отлично. Как источник энергии - бессмысленно. Разве что в походе, где розетки нет.

1
Эксперт • 3 ответа

а если модуль пелтье перевернуть и подключить к батарейке, он будет холодить? хочу сделать мини холодильник для банки колы

Написать ответ

Визуальный редактор (WYSIWYG)
Премодерация гостей

Вы отвечаете как гость. Ваш ответ будет скрыт до проверки модератором. Чтобы ответ появился сразу и вы получали репутацию — войдите в аккаунт.

Или войдите в систему
Будьте вежливы и соблюдайте правила платформы.