Проще всего преобразовать тепловую энергию в механическую, а потом в электричество. Это можно сделать с помощью двигателя Стерлинга, модель которого можно посмореть здесь. Но в нем есть движущиеся части, что во многих случаях неприемлемо.
Элемент Пельтье (в некотором смысле, полупроводниковый аналог термопары), то же может быть использован для преобразования солнечной энергии в электричество. По жизни, он выглядит как на следующей картинке.
В данном случае, это полупроводниковый элемент Пельтье, который используется в системе подогрева / охлаждения сидений в автомобиле. Размер – 40 х 40 мм. В машине, к нему "пристегнут" вентилятор, датчик температуры (обычный диод) и два радиатора. Работает следующим образом. Вентилятор постоянно «гонит» воздух через два радиатора, расположенные по обе стороны элемента Пельтье. С одного из них, воздух отводится под сиденье. С другого – выбрасывается наружу. В зависимости от полярности напряжения на элементе Пельтье, под сиденье подается либо горячий, либо охлажденный воздух.Обратите внимание на толщину проводов. В автомобиле, этот элемент работает при токах до 15А (средний рабочий ток от 5 до 10 Ампер).
Но ни это главное. Элемент Пельтье – обратимый. Если одну сторону нагревать, а другую охлаждать, то он вырабатывает электричество. Вопрос сколько?
Заморачиваться с серьезным испытательным стендом не было ни времени, ни желания. Поэтому, в качестве холодной стороны был выбран радиатор от процессора «Pentium», в качестве горячей – кружка с теплой водой.
Дальше – без чудес.
Элемент находится на радиаторе. Остатки теплопроводящей пасты помогают теплообмену.
Обе стороны – холодные. Ток, соответственно – не вырабатывает.
Температура радиатора, так же как и температура воздуха – около 10 град. Цельсия.
Нагрев верхнюю часть элемента Пельте теплом руки, убеждаемся, что ток (хоть и небольшой) течет.
Ставим чашку с теплой водой (60 - 80 гр.С') на элемент Пельтье и смотрим что
получилось.
Тут выяснились некоторые неприятные моменты. Чашка с водой - не самый хороший источник тепла. Прежде всего, она быстро остывает. В дополнение вода, в середине чашки, быстро расслаивается. То есть, нижний слой воды отдает тепло и охлаждается, а оставшаяся горячая вода находится сверху.
Что бы сгладить эти неприятные эффекты сделаем следующее. Нагреем воду в чашке, до кипения, поставим на элемент Пельтье и будем помешивать воду для выравнивания температуры.
Разницу температур холодной и горячей стороны элемента Пельтье измерить не так просто. Теплоемкость керамических пластин, верхней и нижней – очень маленькая. Поэтому пришлось использовать бесконтактный термометр, быстро снимать чашку и тут же измерять температуру верхней пластины. Опуская подробности смотрим что получилось (усредненные температуры в серии измерений на фото, ниже).
Если свести все вместе, то в результате примитивного эксперимента, с элемента Пельтье удалось устойчиво получить не меньше 0,2 Ватт мощности, при разнице температур холодной и горячей стороны около 50 град. Цельия.Полупроводниковые элементы Пельтье (в данном случае, между керамическими пластинками размером 40х40мм, находятся 64 полупроводниковых элемента) имеют основное ограничение – температурное. Разница температур между холодной и горячей стороной не может превышать 100 град. Цельсия. Ограничение чисто механическое, связанное с коэффициентом линейного расширения. При превышении этого диапазона элемент механически трескается и восстановить его невозможно. В дополнение, при изготовлении используется припой, с температурой плавления около 150 град. Цельсия ...
