مصدر طاقة غير منقطع في منزل خاص. اختيار المولد

مجموعة متنوعة من الأجهزة

في سلسلة من الموصلات غير المتشابهة عند درجة حرارة متغيرة ، يمكن أن تحدث EMF الحرارية عند نقاط التلامس. بناءً على ذلك ، تم تطوير وإنشاء ما يسمى بوحدة بلتيير. يتكون من صفيحتين خزفيتين ، يتم تثبيت ثنائي المعدن بينهما. عندما يتم تطبيق تيار كهربائي ، تبدأ إحدى اللوحات بالتسخين تدريجيًا ، بينما تبرد الأخرى في نفس الوقت. هذه القدرة تجعل من الممكن صنع ثلاجات من هذه العناصر.

ولكن يمكن أيضًا ملاحظة العملية العكسية ، عندما يتم الحفاظ على اختلاف في درجة الحرارة عند نقاط الاتصال. في هذه الحالة ، ستبدأ الصفائح في توليد تيار كهربائي. يمكن استخدام هذه الوحدة لتوليد كمية صغيرة من الطاقة الكهربائية.

تشغيل الوحدة

تعمل المولدات الحرارية للكهرباء وفقًا لمبدأ معين. لذلك ، اعتمادًا على اتجاه التيار ، لوحظ امتصاص أو إطلاق الحرارة عند ملامسة الموصلات غير المتشابهة. ذلك يعتمد على اتجاه الكهرباء. في هذه الحالة ، كثافة التيار هي نفسها ، والطاقة مختلفة.

لوحظ تسخين الشبكة البلورية إذا كانت الطاقة المتدفقة أقل من تلك التي تدخل جهة الاتصال. عندما يتغير اتجاه التيار ، تحدث العملية المعاكسة. تنخفض الطاقة في الشبكة البلورية ، لذلك يبرد الجهاز.

الأكثر شعبية هي الوحدة الكهروحرارية، تتكون من موصلات من النوعين p و n ، مترابطة من خلال نظائر النحاس. يوجد في كل عنصر 4 انتقالات يتم تبريدها وتسخينها. نظرًا لاختلاف درجات الحرارة ، من الممكن إنشاء مولد كهربائي حراري.

المميزات والعيوب

بغض النظر عما إذا كان قد تم شراؤه أو صنعه يدويًا ، فإن للمولد الكهروحراري عددًا من المزايا. لذلك ، من أهمها ما يلي:

1. أبعاد صغيرة.
2. القدرة على العمل في كل من أجهزة التدفئة والتبريد.
3. عندما تنعكس القطبية ، تكون العملية قابلة للعكس.
4. عدم وجود عناصر متحركة تبلى بسرعة كافية.

على الرغم من المزايا الهامة الموجودة ، فإن هذا الجهاز له بعض العيوب:

1. كفاءة غير ملحوظة (فقط 2-3٪).
2. الحاجة إلى إنشاء مصدر مسؤول عن اختلاف درجات الحرارة.
3. استهلاك كبير للطاقة.
4. ارتفاع سعر التكلفة.

بناءً على الصفات السلبية والإيجابية المذكورة أعلاه ، يمكننا القول أنه من المستحسن استخدام مثل هذا الجهاز إذا كان من الضروري إعادة شحن هاتف محمول أو كمبيوتر لوحي أو إضاءة مصباح LED.

ميزات

إن محطة الطاقة التي تعمل بالحطب ليست اختراعًا جديدًا ، لكن التقنيات الحديثة جعلت من الممكن إلى حد ما تحسين الأجهزة التي تم تطويرها مسبقًا. علاوة على ذلك ، يتم استخدام العديد من التقنيات المختلفة لتوليد الكهرباء.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن مفهوم "الخشب" غير دقيق إلى حد ما ، لأن أي وقود صلب (خشب ، رقائق خشب ، منصات ، فحم ، فحم الكوك) ، بشكل عام ، أي شيء يمكن أن يحترق ، مناسب لتشغيل مثل هذه المحطة.

على الفور ، نلاحظ أن الحطب ، أو بالأحرى عملية احتراقها ، تعمل فقط كمصدر للطاقة التي تضمن عمل الجهاز الذي يتم توليد الكهرباء فيه.

المزايا الرئيسية لمحطات الطاقة هذه هي:

• القدرة على استخدام مجموعة متنوعة من أنواع الوقود الصلب وتوافرها ؛
• الحصول على الكهرباء في أي مكان
• يتيح لك استخدام التقنيات المختلفة تلقي الكهرباء بمجموعة متنوعة من المعلمات (كافية فقط لإعادة الشحن المنتظم للهاتف وقبل تشغيل المعدات الصناعية) ؛
• يمكن أن يعمل أيضًا كبديل إذا كان انقطاع التيار الكهربائي أمرًا شائعًا ، وكمصدر رئيسي للكهرباء.

صنع DIY

يمكنك صنع مولد كهربائي حراري بيديك. لهذا الغرض ، بعض العناصر مطلوبة:

• وحدة قادرة على تحمل درجات حرارة تصل إلى 300-400 درجة مئوية.
• محول دفع الغرض منه الحصول على جهد مستمر قدره 5 فولت.
• سخان على شكل نار أو شمعة أو نوع من الموقد المصغر.
• برودة. الماء أو الثلج هما أكثر الخيارات شيوعًا في متناول اليد.
• ربط العناصر. لهذا الغرض ، يمكنك استخدام أكواب أو أواني بأحجام مختلفة.

يجب عزل الأسلاك بين جهاز الإرسال والوحدة بمركب مقاوم للحرارة أو مادة مانعة للتسرب تقليدية. من الضروري تجميع الجهاز بالترتيب التالي:

1. اترك العلبة فقط من مزود الطاقة.
2. ألصِق وحدة بلتيير بالرادياتير بالجانب البارد.
3. بعد تنظيف السطح وصقله مسبقًا ، تحتاج إلى لصق العنصر الموجود على الجانب الآخر.
4. من إدخال محول الجهد ، من الضروري لحام الأسلاك بمخرجات اللوحة.

في هذه الحالة ، يجب أن يتمتع المولد الحراري للتشغيل الصحيح بالخصائص التالية: جهد الخرج - 5 فولت ، نوع الإخراج لتوصيل الجهاز - USB (أو أي جهاز آخر ، حسب التفضيلات) ، يجب أن يكون الحد الأدنى لطاقة الحمل 0.5 أ في هذه الحالة ، يمكنك استخدام أي نوع من الوقود.

التحقق من الآلية بسيط للغاية. يمكنك وضع عدة أغصان جافة ورقيقة بالداخل. قم بإشعال النار فيها ، وبعد بضع دقائق قم بتوصيل بعض الأجهزة ، على سبيل المثال ، هاتف لإعادة الشحن. ليس من الصعب تجميع مولد للحرارة. إذا تم كل شيء بشكل صحيح ، فسيستمر أكثر من عام في الرحلات والمشي لمسافات طويلة.

الكهرباء من الحرارة

الفئة طاقة بديلة المواد في الفئة

في بداية القرن الماضي ، كان المخترعون والعلماء يدركون جيدًا الفوائد التي يمكن أن يوفرها الاستخدام الواسع النطاق للكهرباء. ومع ذلك ، لم تكن هناك طريقة للحصول عليها بثمن بخس وبكميات كافية لفترة طويلة. لكن في عام 1821 ، اكتشف العالم الألماني سيبيك ظاهرة غريبة.

إذا كنت تأخذ دائرة مغلقة من موصلين مختلفين ملحومين معًا وقمت بتسخين تقاطع واحد وتبريد الآخر ، فسيظهر تيار في الدائرة. في هذا الجهاز البسيط بشكل مدهش (يسمى عنصر حراري) ، يتم تحويل الطاقة الحرارية ، كما كانت ، مباشرة إلى طاقة كهربائية.

في خلية كلفانية كانت معروفة قبله بفترة طويلة ، تم الحصول على الطاقة عن طريق إذابة معدن في إلكتروليت. هذه المواد باهظة الثمن ، ولم تكن الطاقة رخيصة. المزدوجة الحرارية هي مسألة أخرى. لا يتم استهلاكه في حد ذاته ، والوقود متاح بسهولة. علاوة على ذلك ، يمكن تسخينه بأي شيء: الشمس ، والحرارة البركانية ، ومنتجات الاحتراق المتطايرة عبر أنبوب الفرن ، إلخ.

دعونا نلقي نظرة فاحصة على بعض خصائصه. يقوم عنصر حراري واحد بتطوير EMF صغير - أعشار ، مئات من فولت. ومع ذلك ، فإن مقاومته الداخلية صغيرة جدًا ، وبالتالي ، يمكن أن يكون التيار المتولد كبيرًا جدًا.

مثل هذه التجربة الجميلة معروفة منذ فترة طويلة. مغناطيس كهربائي ذو قلب حديدي وملف يتكون من ... دورة واحدة. لكن الملف عبارة عن دعامة مصنوعة من النحاس بسمك الإصبع ، ومغلقة بجسر بزموت ملحوم. نقوم بتسخين أحد طرفي التقاطع بشعلة مختبر عادية ، والآخر - نقوم بتبريده بالماء. ينشأ تيار من آلاف الأمبيرات ، ويحمل المغناطيس (بدورة واحدة!) حديد الزهر الخاص بالجدة.

لا يمثل انخفاض EMF مشكلة ، فالمزدوجات الحرارية متصلة بسهولة بالبطارية من خلال سلسلة توصيل من مئات أو آلاف المصادر.يبدو مثل هذا الأكورديون مصنوع من نطاقات متناوبة من معدنين. كان التيار القوي بجهد متوسط ​​من 2-3 فولت هو الأنسب للاستخدام في ورش الطلاء بالكهرباء الصغيرة. تم إنتاجه بواسطة مولدات كهروحرارية ، تشبه موقد صغير يعمل بالخشب أو الفحم أو الغاز.

تم استخدامها من قبل الحرفيين في بداية القرن. كانت هناك محاولات لحل مشاكل أكبر. على سبيل المثال ، في نهاية الثمانينيات من القرن الماضي في باريس ، بنى كلويت مولدًا حراريًا كهربائيًا يوفر الطاقة لـ 80 "شموع" يابلوشكوف. كفاءة التركيبات في ذلك الوقت لم تتجاوز 0.3٪. يبدو أنه يمكن استخدام القليل جدًا ، ولكن كل الحرارة المفقودة لتدفئة المنزل أو تسخين المياه أو الطهي. كما تم اقتراح أفران تسخين مع مولدات كهربائية حرارية مدمجة. من الغريب أن تركيبها لا يزيد بأي حال من الأحوال من استهلاك الوقود للتدفئة. بعد كل شيء ، الكهرباء ، إذا تم استهلاكها في نفس الغرفة ، سوف تتحول إلى حرارة مرة أخرى!

قرر التاريخ خلاف ذلك. تبين أن إنتاج الكهرباء كان أكثر ربحية بكثير في محطات توليد الطاقة وتوزيعها مركزيًا على المستهلكين. حتى في القرن الماضي ، كانت كفاءة محطات الطاقة أعلى بعشر مرات من كفاءة العناصر الحرارية. ومع ذلك ، فإن البساطة الرشيقة والموثوقية بسبب عدم وجود أجزاء متحركة أذهلت الكثيرين. محاولات زيادة الكفاءة دون اختراق عميق في النظرية لم تؤد إلى نجاح جاد. تنشأ المجالات الكهرومغناطيسية نتيجة لتسخين أرجل العناصر الحرارية ، ولكن في نفس الوقت ينشأ تدفق حراري طفيلي يتدفق بلا فائدة من الوصلة الساخنة إلى الوصلة الباردة. في محاولة لاستخدامه ، بدأوا في تجميع شلالات من العناصر الحرارية ، حيث يسخن التقاطع الأكثر برودة لأحد التقاطع الساخن للآخر. تنخفض درجة حرارة الوصلات الساخنة في كل مرحلة من مراحل الشلال. ومع ذلك ، من خلال اختيار المواد التي تعمل بشكل أفضل في نطاق درجة حرارة معينة ، يمكن زيادة كفاءة النظام بأكمله بشكل كبير.

هناك احتمال آخر كذلك. يطلق عليه استرداد الحرارة. دعونا نوجه تدفق الهواء على طول السلسلة الكهروحرارية من الطرف البارد إلى الساخن. في الوقت نفسه ، ستكتسب من العناصر جزءًا من الحرارة التي تتدفق من خلالها وتسخن. بعد ذلك ، سوف نوجه الهواء الساخن إلى الفرن ونوفر بعض الوقود. هذا الإجراء بأكمله يعادل انخفاض الموصلية الحرارية لمواد العناصر الحرارية ، ولن يكون مفيدًا إلا إذا تمت إزالة جزء محدد بدقة من الحرارة من كل عنصر. ومع ذلك ، لا يمكن إدراك التجديد إلا عندما تكون العناصر الحرارية نفسها ، المضمنة في السلسلة ، مثالية بدرجة كافية.

في الثلاثينيات ، تم تنفيذ العمل النظري في مجال الكهرباء الحرارية بشكل مكثف بشكل خاص في بلدنا. يقولون أنه لا يوجد شيء عملي أكثر من نظرية جيدة. ابتكر الأكاديمي أ.ف. Ioffe نظرية جديدة للعمليات التي تحدث في مادة صلبة. أخذها بعض العلماء المحترمين بعدائية ، وأطلقوا عليها اسم "اللاوعي الميكانيكي الكمومي". ولكن في عام 1940 ، بناءً على النتائج التي توصلت إليها ، كان من الممكن زيادة كفاءة عنصر الحرارة بمقدار 10 مرات. حدث هذا بسبب استبدال المعادن بأشباه الموصلات - وهي مواد ذات EMF حراري أعلى وموصلية حرارية منخفضة.

في بداية الحرب ، تم إنشاء "مرجل حزبي" في مختبر Ioffe - مولد كهربائي حراري لتشغيل محطات الراديو المحمولة. لقد كان وعاءًا توجد في قاعه عناصر حرارية بالخارج. كانت مفاصلهم القابلة للاشتعال مشتعلة ، والباردة المعلقة في قاع الإناء تم تبريدها بواسطة الماء الذي يصب فيه.

الاختيار الدقيق للمواد ، جعل استخدام التجديد من الممكن في عصرنا رفع كفاءة عنصر الحرارة إلى 15٪. في بداية القرن ، كانت لمحطات الطاقة التقليدية مثل هذه الكفاءة ، لكنها تضاعفت الآن بأكثر من ثلاثة أضعاف. لا يوجد مجال لعنصر حراري في هندسة الطاقة الكبيرة. لكن هناك أيضًا طاقة صغيرة. يتطلب الأمر عدة عشرات من الواطات لتشغيل محطة ترحيل لاسلكية على قمة جبلية ، أو عوامة إشارة بحرية. هناك أيضًا أماكن نائية يعيش فيها الناس الذين يحتاجون إلى الكهرباء والتدفئة.في مثل هذه الحالات ، يتم استخدام العناصر الحرارية التي يتم تسخينها بواسطة الغاز أو الوقود السائل. من المهم بشكل خاص وضع هذه الأجهزة في مخبأ صغير تحت الأرض وتركها دون مراقبة تمامًا ، مرة واحدة فقط في السنة أو أقل في كثير من الأحيان لتجديد إمدادات الوقود. نظرًا لانخفاض الطاقة ، فإن استهلاكها بأي كفاءة يعتبر مقبولًا ، وإلى جانب ذلك ... لا يوجد خيار.

وجد الأطباء تطبيقًا مثيرًا للاهتمام للمولدات الكهروحرارية. لأكثر من عقدين من الزمن ، يرتدي آلاف الأشخاص جهاز تنظيم ضربات القلب المزروع تحت الجلد. مصدر الطاقة بالنسبة لها هو بطارية صغيرة (مع كشتبان) من مئات العناصر الحرارية المتصلة في سلسلة ، يتم تسخينها عن طريق اضمحلال نظير غير ضار. يتم إجراء عملية بسيطة لاستبدالها كل 5-10 سنوات.

في اليابان ، يتم إنتاج ساعة إلكترونية ، يتم توفير طاقتها من حرارة اليد بواسطة عنصر حراري.

في الآونة الأخيرة ، أعلنت شركة إيطالية عن بدء العمل في سيارة كهربائية مزودة بمولد كهربائي حراري. مصدر الطاقة هذا أخف بكثير من البطاريات ، لذلك لن يقل عدد الأميال التي تقطعها السيارة الكهروحرارية عن تلك التي تقطعها السيارة التقليدية. (تذكر أن السيارات الكهربائية قادرة على السفر لمسافة 150 كم بشحنة واحدة.) يُعتقد أنه من خلال التعديلات المختلفة ، يمكن جعل استهلاك الوقود مقبولاً. تتمثل المزايا الرئيسية للنوع الجديد من الطاقم في العادم غير المؤذي تمامًا ، والحركة الصامتة ، واستخدام أرخص وقود سائل (وربما صلب) ، وموثوقية عالية جدًا.

في الثلاثينيات ، كان العمل على العناصر الحرارية المنفذة في بلدنا معروفًا على نطاق واسع. ربما كان هذا هو السبب الذي جعل الكاتب جي. أداموف يصف في روايته "لغز محيطين" الغواصة "بايونير" ، التي تلقت الطاقة من كبلات البطاريات. لذلك دعا المولدات الكهروحرارية المصنوعة على شكل كابلات طويلة. تم رفع تقاطعاتها الساخنة بمساعدة عوامة إلى الطبقات العليا من المحيط ، حيث تصل درجة الحرارة إلى 20-25 درجة مئوية ، وتم تبريد تقاطعاتها الباردة بمياه أعماق البحار بدرجة حرارة تتراوح من 1-2 درجة مئوية. لذا فإن "بايونير" الرائع هو قارب قادر على إعطاء مائة نقطة قبل الطاقة الذرية الحالية ، وشحن بطارياتي.

هل هذا حقيقي؟ لا توجد تقارير عن تجارب مباشرة من هذا النوع في الصحافة. ومع ذلك ، وميض شيء غريب. تم إنشاء مولد كهربائي حراري بقدرة 1000 كيلو وات ، والذي يولد الطاقة بسبب حرارة المصادر الساخنة تحت الأرض. الفرق في درجة الحرارة بين الوصلات الساخنة والباردة هو 23 درجة مئوية ، كما هو الحال في المحيط ، فإن الثقل النوعي البالغ 6 كجم لكل 1 كيلو وات أقل بكثير من محطات توليد الطاقة للغواصات التقليدية. هل نحن على أعتاب ثورة طاقة جديدة ، عصر جديد للكهرباء؟

A. SAVELIEV فني شاب 1992 N7