Générateurs thermoélectriques DIY :le principe de fonctionnement et comment en fabriquer un

Section latérale du générateur thermoélectrique

Source :Wikimedia Commons

De nos jours, de nombreuses personnes dans le monde ont adopté la récupération d'énergie verte. Pourquoi? Simple! Il offre de l'électricité à partir de sources d'énergie gaspillées ou différentes dans un environnement. Fait intéressant, le système fait tout cela sans batteries ni connexion au réseau. Certaines de ses sources d'énergie et de chaleur comprennent les fréquences thermiques, solaires et radio. Cela dit, la technologie de récupération d'énergie thermoélectrique est une source d'énergie, qui relève de la catégorie verte. Et il utilise l'effet Seebeck pour changer le gradient de température en énergie électrique. Alors, vous souhaitez apprendre à construire un convertisseur de production d'énergie robuste et fiable ? C'est-à-dire Celui qui produit de l'électricité là où la chaleur se dissipe ? Ensuite, il serait utile que vous envisagiez de fabriquer des générateurs thermoélectriques DIY.

Dans cet article, nous vous expliquerons le TEG, les étapes détaillées pour en fabriquer un, et plus encore.

Commençons!

Qu'est-ce que le TEG ?

Schéma du générateur thermoélectrique

Source :Wikimedia Commons

Le générateur TEG ou Peltier est un dispositif semi-conducteur à l'état solide. En effet, cela transforme la différence de chaleur entre la couche de l'appareil en électricité (ou en une précieuse source d'alimentation CC).

De plus, il est crucial de ne pas confondre le refroidisseur thermoélectrique avec le TEG. Après tout, ils ont tous les deux les mêmes composants. En vérité, le refroidisseur thermoélectrique produit un courant électrique lorsque vous appliquez une tension à l'appareil. Et cela finit par devenir un appareil thermoélectrique.

Ainsi, l'électricité provenant de la chaleur stimule l'effet Peltier. Par conséquent, le produit déplace la chaleur du côté froid vers le côté chaud. Mais les générateurs thermoélectriques aident à retirer ou à ajouter de la chaleur, en particulier pour les appareils à semi-conducteurs. En outre, il est livré avec deux matériaux semi-conducteurs différents que vous pouvez utiliser pour l'effet Seebeck.

Qu'est-ce qu'un effet Seebeck ? Il aide le TEG à commencer à produire de l'énergie électrique lorsque vous le soumettez à une différence de température sur ses faces inversées. Et cela se produit lorsque la structure interne configurée du TEG utilise des semi-conducteurs dopés p et n.

Nous en reparlerons plus loin dans cet article.

Comment fonctionnent les générateurs thermoélectriques ?

Avant de nous lancer dans le fonctionnement des générateurs thermoélectriques, il est essentiel de comprendre leur construction.

Construction du TEG

Le TEG a généralement deux semi-conducteurs spéciaux de type P et de type N, et chacun des semi-conducteurs a des densités de puissance électronique différentes. Cela dit, vous pouvez commencer par placer thermiquement vos piliers semi-conducteurs alternés (type p et n).

Et les piliers doivent s'aligner. C'est-à-dire que les poteaux doivent être électriquement en série. Avec cela, vous pouvez utiliser une plaque thermoconductrice de chaque côté pour joindre les deux piliers.

L'astuce ici est d'opter pour une plaque conductrice en céramique, si vous ne voulez pas ajouter un autre isolant. Ainsi, lorsque vous appliquez une tension aux extrémités libres des semi-conducteurs, le courant traversera la jonction bimétallique.

Par conséquent, vous remarquerez une différence d'énergie thermique, ce qui n'est pas une exception occasionnelle. De plus, la partie de l'installation avec la plaque de refroidissement absorbe la chaleur (conduit d'évacuation chaud), puis la déplace de l'autre côté de l'appareil.

Principe de fonctionnement des générateurs thermoélectriques

Les générateurs thermoélectriques fonctionnent en utilisant l'effet Seebeck. Et cet effet se produit lorsque les semi-conducteurs subissent des porteurs de charge se déplaçant à l'intérieur. Mais le porteur de charge que vous avez dépendra du type de semi-conducteur que vous utilisez.

Par exemple, les porteurs de charge sont des trous dans les semi-conducteurs dopés de type p et des électrons dans le type n. Cela dit, du côté chaud du semi-conducteur, les porteurs de charge ont tendance à diffuser. En conséquence, une extrémité de l'appareil aura une accumulation de toutes les formes de charges énergétiques.

Un générateur thermoélectrique Radiostope

Source :Wikimedia Commons

Par conséquent, l'accumulation générera un potentiel de tension directement proportionnel à la différence de température à travers le semi-conducteur.

Qu'est-ce que l'effet Seebeck

L'effet Seebeck se produit lorsqu'un matériau électriquement conducteur développe une force électromotrice entre deux points en raison d'une différence de plage de température. Ainsi, vous pouvez appeler l'emf thermoélectrique ou Seebeck emf.

De plus, le coefficient Seebeck fait référence au rapport entre la différence de plage de température et la force électromotrice. Ensuite, le thermocouple vous aide à mesurer la différence de potentiel aux extrémités (chaude et froide) entre deux matériaux de conception de module distincts.

De plus, la différence de potentiel est proportionnelle à la différence de température (entre les extrémités froide et chaude). Mais l'inconvénient de cet effet est qu'il nécessite des différences de température extrêmes.

Et c'est la partie la plus difficile du système car l'excès de chaleur d'un côté de l'appareil chauffera l'autre côté. Par conséquent, cela peut endommager le TEG et produire zéro électricité.

Ainsi, pour maintenir une réponse optimale, un seul côté de votre TEG doit être chaud et le côté compteur doit être détendu.

Générateur thermoélectrique DIY

Générateur thermoélectrique DIY

Source :Phys.org

Voici la liste des choses dont vous avez besoin pour construire votre générateur thermoélectrique DIY :

• Bougies (10)
• Plateau en aluminium (1)
• TEC (8)
• Ruban isolant (1)
• Fil de soudure (1)
• Plaque en aluminium (1)
• Couteau X-acto (1)
• Loctite (1)
• Régulateur de tension (1)
• Fer à souder (1)
• Pâte thermoélectrique (1)

Étapes

Étape 1 – Réparer et souder les refroidisseurs thermoélectriques

Commencez par utiliser une règle pour confirmer la dimension de votre TEC (environ 40 x 40 mm). Ensuite, utilisez votre 8 TEC. Mais si vous voulez plus de courant et de tension, vous pouvez en utiliser 10. Ainsi, avec le 8 TEC, la base de votre plateau en aluminium doit faire 160 x 80 mm.

Pendant que vous y êtes, assurez-vous que votre base est plate. De cette façon, il est facile de coller votre TEC, ce qui vous permet d'obtenir le gradient de température. Ensuite, vous pouvez isoler la zone où vous installerez le TEC avec le ruban isolant.

Ensuite, mettez de la pâte thermique sur le côté vierge. Pendant que vous y êtes, collez le TEC avec les lettres vers le haut. Avec cela, vous verrez les fils former des paires (rouge et noir). En dehors du fil noir TEC numéro 4 et du fil rouge numéro 8, soudez les autres câbles.

En d'autres termes, les TEC 8 et 4 doivent rester lâches. Ensuite, vous pouvez compléter la boucle en soudant TEC 5 (fil noir) à TEC 1 (fil rouge).

Lorsque vous avez terminé le processus ici, placez d'autres rubans isolants sur les points de soudure. De cette façon, les problèmes de soudure n'auront pas de contact avec d'autres surfaces.

Étape 2 :Créez votre stand

Dans cette étape, vous devez tenir compte de la hauteur de votre plateau en aluminium, qui est de 50 mm. Dans cet esprit, ajoutez une épaisseur de TEC d'environ 5 mm. Ensuite, la distance entre le TEC et les flammes de la bougie peut être de 15 mm.

Le calcul est le suivant :

• Bougie + flamme =30mm
• Hauteur plateau aluminium + épaisseur TEC =(50 + 5) =55mm
• Écart entre TEC et flamme =15 mm
• Hauteur totale du support =100 mm

Dans cet esprit, assurez-vous que votre plaque d'aluminium mesure environ 430 x 100 mm.

Étape 3 - Créer un support pour votre régulateur de tension

Vous pouvez le faire en coupant une bande d'aluminium, et la dimension peut être de 30 x 250 mm. Ensuite, continuez à plier les bords.

Par conséquent, les bords doivent épouser parfaitement les côtés du plateau en aluminium. Ensuite, soutenez le support en collant trois bouchons. Avec cela, vous pouvez coller votre régulateur de tension directement sur le liège pour l'isolation.

Étape 4 – Reliez les fils TEC au régulateur de tension

En règle générale, le fil noir est négatif tandis que le rouge est gai. Ainsi, si vous mesurez la tension entre TEC 8 et 4, une tension négative en résultera. Par conséquent, cela signifie qu'il y a une polarité inversée en raison de la façon dont vous avez initialement soudé les pastilles TEC.

Par conséquent, vous devez effectuer une connexion inversée pour les pads TEC au régulateur de tension.

De plus, comme le TEC fonctionne avec des différences de température, utilisez une plaque en aluminium. Pendant que vous y êtes, pliez les bords.

De cette façon, votre TEC obtiendra plus de chaleur des bougies. Et votre aluminium (160 x 120 mm) devrait couvrir au-delà des plaques TEC. Ensuite, collez l'aluminium sur le TEC avec de la colle thermique et laissez sécher.

Étape 5 - Tester

Ajoutez autant de bougies en fonction de ce que votre base peut supporter. Ensuite, allumez les bougies et fixez votre plateau.

Ensuite, ajoutez de l'eau et des glaçons pour rendre votre eau plus fraîche. Et une eau plus fraîche se traduit par plus d'énergie. Avec cela, vous remarquerez une lumière sur la LED connectée à votre régulateur de tension. Par conséquent, la tension affichée commencera à augmenter.

Après cela, vous pouvez attendre environ deux minutes pour que la configuration se stabilise. Après cela, appuyez sur le bouton du régulateur de tension. Par conséquent, votre filtre ne laissera passer que 5 V dans le régulateur.

Conclusion

Il est possible de construire des générateurs thermoélectriques DIY tant que vous suivez cet article. De plus, la construction de cet appareil à énergie gratuite est un bon pas dans la bonne direction, surtout si vous êtes un défenseur de l'environnement. De plus, il vous aide à convertir facilement la température en électricité.

Alors, que pensez-vous des TEG ? Avez-vous besoin d'aide pour configurer l'appareil ? N'hésitez pas à nous joindre. Nous serons ravis de vous aider.