Construire votre propre générateur thermoélectrique : Fonctionnement et guide DIY

Coupe latérale d'un générateur thermoélectrique

Source : Wikimedia Commons

De nos jours, de nombreuses personnes dans le monde ont adopté la récupération d'énergie verte. Pourquoi ? C'est simple ! Elle fournit de l'électricité à partir de sources d'énergie gaspillées ou diverses 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 incluent l'énergie thermique, solaire et les radiofréquences. Cela dit, la technologie de récupération d'énergie thermoélectrique est une source d'énergie qui relève de la catégorie verte. Elle utilise l'effet Seebeck pour convertir un gradient de température en puissance électrique. Êtes-vous désireux d'apprendre à construire un convertisseur de production d'énergie robuste et fiable ? C'est-à-dire un qui produit de l'électricité là où la chaleur se dissipe ? Alors, vous devriez envisager de fabriquer des générateurs thermoélectriques DIY.

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

Commençons !

Qu'est-ce qu'un TEG ?

Diagramme d'un générateur thermoélectrique

Source : Wikimedia Commons

Le TEG ou générateur Peltier est un dispositif semi-conducteur à état solide. En effet, il convertit la différence de chaleur entre les couches du dispositif en électricité (ou une source de courant continu utile).

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 au dispositif. Et il devient éventuellement un dispositif thermoélectrique.

Ainsi, l'électricité issue de la chaleur stimule l'effet Peltier. Donc, le produit déplace la chaleur du côté froid vers le côté chaud. Mais les générateurs thermoélectriques aident à retirer ou ajouter de la chaleur, surtout pour les dispositifs à état solide. De plus, il est doté de deux matériaux semi-conducteurs différents que vous pouvez utiliser pour l'effet Seebeck.

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

Nous en parlerons plus en détail plus loin dans cet article.

Comment fonctionnent les générateurs thermoélectriques ?

Avant d'aborder le fonctionnement des générateurs thermoélectriques, il est vital de comprendre leur construction.

Construction du TEG

Le TEG a généralement deux semi-conducteurs spéciaux de type P et N, et chacun a des densités de puissance électronique différentes. Vous pouvez commencer par placer vos piliers semi-conducteurs alternés (type p et n) thermiquement. 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 conductrice thermique de chaque côté pour joindre les deux piliers.

L'astuce 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 circulera à travers 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 la configuration avec la plaque de refroidissement absorbe la chaleur (gaz d'échappement chaud) et la déplace vers l'autre côté du dispositif.

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 le déplacement de porteurs de charge à l'intérieur. Mais le porteur de charge que vous aurez dépendra du type de semi-conducteur que vous utilisez.

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

Générateur thermoélectrique à radio-isotope

Source : Wikimedia Commons

Par conséquent, cette 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 gamme de température. Ainsi, vous pouvez appeler la f.é.m. thermoélectrique ou f.é.m. de Seebeck.

De plus, le coefficient de Seebeck fait référence au rapport entre la différence de gamme de température et la f.é.m. Ensuite, le thermocouple vous aide à mesurer la différence de potentiel entre les extrémités (chaud et froid) de deux matériaux distincts de conception de module.

En outre, 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.

C'est la partie difficile du système car l'excès de chaleur d'un côté du dispositif chauffera l'autre côté. Donc, 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 opposé doit être frais.

Générateur thermoélectrique DIY

Générateur thermoélectrique DIY

Source : Phys.org

Voici la liste des éléments nécessaires pour construire votre générateur thermoélectrique DIY :

• Bougies (10)
• Plateau en aluminium (1)
• TEC (8)
• Ruban isolant (1)
• Fil à souder (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 – Fixer et souder les refroidisseurs thermoélectriques

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

Pendant que vous y êtes, assurez-vous que votre base est plate. Ainsi, il est facile de coller vos TEC, vous permettant 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 face vers le haut. Ainsi, vous verrez les fils former des paires (rouge et noir). À part le fil noir du TEC n°4 et le fil rouge du TEC n°8, soudez les autres câbles.

En d'autres termes, les TEC 8 et 4 doivent rester libres. Ensuite, vous pouvez compléter la boucle en soudant le fil noir du TEC 5 au fil rouge du TEC 1.

Quand vous avez terminé le processus ici, mettez plus de rubans isolants sur les points de soudure. Ainsi, les problèmes de soudure n'auront pas de contact avec d'autres surfaces.

Étape 2 – Créer votre support

À cette étape, vous devez considérer la hauteur de votre plateau en aluminium, qui est de 50 mm. En gardant cela à l'esprit, ajoutez une épaisseur de TEC d'environ 5 mm. Ensuite, la distance entre le TEC et les flammes des bougies peut être de 15 mm.

Le calcul est le suivant :

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

Avec cela à l'esprit, assurez-vous que votre plaque en aluminium fait environ 430 x 100 mm.

Étape 3 – Construire le support pour votre régulateur de tension

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

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

Étape 4 – Connecter les fils du TEC au régulateur de tension

Généralement, le fil noir est négatif tandis que le rouge est positif. Donc, si vous mesurez la tension entre le TEC 8 et 4, une tension négative en résultera. Donc, cela signifie qu'il y a une polarité inversée à cause de la façon dont vous avez soudé les plots du TEC initialement.

Par conséquent, vous devez faire une connexion inverse pour les plots du 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.

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

Étape 5 – Testez

Ajoutez autant de bougies 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 froide. Et une eau plus froide 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. Ensuite, appuyez sur le bouton du régulateur de tension. En conséquence, votre filtre ne laissera passer que 5 V à travers le régulateur.

Conclusion

Il est possible de construire des générateurs thermoélectriques DIY tant que vous suivez les étapes de cet article. De plus, construire ce dispositif d'énergie libre est une bonne étape dans la bonne direction – surtout si vous êtes un défenseur du vert. De plus, cela vous aide à convertir la température en électricité avec facilité.

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