Проекты

Зарядная станция на базе элемента Пельтье

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Энергетика» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Энергетика
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1502
Предметы: Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» 2020 года

Актуальность

Человечество достигло достаточно высокого уровня развития, в связи с чем меняются и цели науки. Самой популярной из них в последнее время является упрощение существующих систем и механизмов, а также извлечение максимального КПД всех устройств с последующим переходом к экологическому и рациональному использованию ресурсов. Исследовательская работа направлена на создание устройства на базе элемента Пельтье. Исследуемый способ синтеза электроэнергии совмещает в себе достоинства как традиционной, так и альтернативной энергетики, в то же время не проявляя характерных для них минусов использования.

Цели

Разработать установку, использующую энергию, вырабатываемую элементом Пельтье, для питания бытовых устройств, включая мобильный телефон

Задачи

1. Сборка экспериментальной установки

2. Проверка её работоспособности

3. Замер выходных параметров и их анализ

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Элемент Пельтье

  • Контроллер напряжения для выравнивания нестабильного постоянного тока

  • USB-выход для подсоединения к аккумулятору телефона

  • Фонарик для свечей

  • Принадлежности для монтажа установки

Описание

Из подручных материалов изготавливаем скелет установки. В данном случае использован обычный фонарик для свечей. К его крышке прикрепляем элемент Пельтье. Во избежание выхода из строя чувствительного элемента проверяем конструкцию на отсутствие мест возможного прямого контакта с огнём. Сверху на элемент крепим металлическую кружку с холодной водой. В качестве прослойки используем термопасту или термоклей и металлические пластины, хорошо проводящие тепло, но не очень массивные, чтобы исключить большие потери энергии. Провода от элемента выводим к контроллеру напряжения, который соединяем с кабелем USB. Проверяем конструкцию на работоспособность и измеряем напряжение и ток на выходе.

Результаты работы/выводы

Была собрана установка, которая за счёт эффекта Зеебека преобразовывала теплоту двух источников (1 – холодный, 2 – горячий) в электрический ток. Элемент Пельтье, генерирующий данное явление, был соединён с выходом USB через контроллер напряжения. При определении параметров тока было выяснено, что элемент способен выдавать напряжение 5 Вольт при силе тока 500 mA, чего достаточно для работы фонарика, мини-вентилятора или зарядки телефона.

Перспективы использования результатов работы

Использование подобных систем в быту достаточно рационально, так как элемент Пельтье не привередлив к источникам тепла и охлаждения. Такая установка актуальна, проста в сборке и использовании, а также недорога. Прогресс в создании новых материалов позволяет предположить скорое повышение КПД термоэлектрических систем. У современных многокаскадных термогенераторов он равен примерно 13%, а в недалёком будущем с разработкой новых полупроводниковых материалов его рассчитывают поднять до 20% и более. Тогда термоэлектричество станет серьёзным конкурентом других способов получения электроэнергии, что расширит его применение в быту.