DIY熱電発電機：動作原理とその製造方法
熱電発電機の側面セクション
出典：ウィキメディアコモンズ
最近、世界中の多くの人々がグリーンエネルギーの収穫を受け入れています。なんで？単純！それは、環境内の無駄なまたは異なるエネルギー源からの電力を提供します。興味深いことに、システムはバッテリーやグリッド接続なしでこれらすべてを実行します。そのエネルギーおよび熱源のいくつかには、熱、太陽、および無線周波数が含まれます。とはいえ、熱電エネルギーハーベスティング技術はエネルギー源であり、グリーンカテゴリーに分類されます。また、Seebeck効果を使用して、温度勾配を電力に変更します。それで、あなたは堅牢で信頼できるエネルギー生産コンバーターを構築する方法を学ぶことに熱心ですか？つまり、熱が放散する場所で電気を生成するものですか？次に、DIY熱電発電機の作成を検討した場合に役立ちます。
この記事では、TEG、TEGの作成方法の詳細な手順などについて説明します。
さぁ、始めよう！
TEGとは何ですか？
熱電発電機の図
出典：ウィキメディアコモンズ
TEGまたはペルチェジェネレータは、ソリッドステート半導体デバイスです。実際、それはデバイスの層の間の熱差を電気（または貴重なDC電源）に変えます。
さらに、熱電冷却器をTEGと混同しないことが重要です。結局のところ、それらは両方とも同じコンポーネントを持っています。実際、熱電冷却器は、デバイスに電圧を印加すると電流を生成します。そしてそれは最終的に熱電デバイスになります。
したがって、熱からの電気はペルチェ効果を刺激します。したがって、製品は熱を低温側から高温側に移動します。しかし、熱電発電機は、特にソリッドステートデバイスの場合、暖かさを除去または追加するのに役立ちます。また、Seebeck効果に使用できる2つの異なる半導体材料が付属しています。
シーベック効果とは何ですか？ TEGの裏側に温度差が生じると、TEGが電気エネルギーの生成を開始するのに役立ちます。そしてこれは、TEGの構成された内部構造がいくつかのドープされたpおよびn半導体を使用している場合に発生します。
これについては、この記事の後半で詳しく説明します。
熱電発電機はどのように機能しますか？
熱電発電機の仕組みに入る前に、その構造を理解することが重要です。
TEGの構築
TEGには通常、P型とN型の2つの特殊な半導体があり、それぞれの半導体の電子パワー密度は異なります。とはいえ、交互の半導体ピラー（p型とn型）を熱的に配置することから始めることができます。
そして、柱は整列する必要があります。つまり、ポストは電気的に直列である必要があります。これにより、両側の熱伝導プレートを使用して両方の柱を結合できます。
ここでのヒントは、別の絶縁体を追加したくない場合は、セラミック導電プレートを選択することです。したがって、半導体の自由端に電圧を印加すると、電流はバイメタル接合部を横切って流れます。
その結果、熱エネルギーの違いに気付くでしょう。これは時折の例外ではありません。さらに、冷却プレートを備えたセットアップの部分が熱を吸収し（高温の排気煙道）、それをデバイスの反対側に移動します。
熱電発電機の動作原理
熱電発電機は、Seebeck効果を使用して動作します。そして、この効果は、半導体が電荷キャリア内を移動するときに発生します。ただし、使用する電荷キャリアは、使用する半導体の種類によって異なります。
たとえば、電荷キャリアは、ドープされたp型半導体の正孔とn型の電子です。とはいえ、半導体の高温側から見ると、電荷キャリアは拡散する傾向があります。その結果、デバイスの一方の端には、あらゆる形態のエネルギー電荷が蓄積されます。
放射性同位元素熱電発電機
出典：ウィキメディアコモンズ
したがって、蓄積により、半導体全体の温度差に正比例する電位が生成されます。
シーベック効果とは
シーベック効果は、導電性材料が温度範囲の違いにより2点間に起電力を発生させるときに発生します。したがって、emf熱電またはSeebeckemfと呼ぶことができます。
また、ゼーベック係数は、温度範囲の差と起電力の比率を指します。次に、熱電対は、2つの異なるモジュール設計材料間の両端（高温と低温）間の電位差を測定するのに役立ちます。
さらに、電位差は温度差（コールドエンドとホットエンド間）に比例します。ただし、この効果の欠点は、極端な温度差が必要になることです。
そして、これはシステムの難しい部分です。デバイスの片側の過剰な熱が反対側を加熱するからです。したがって、TEGに損傷を与え、電力をゼロにする可能性があります。
したがって、最適な応答を維持するには、TEGの片側だけを高温にし、反対側をリラックスさせる必要があります。
DIY熱電発電機
DIY熱電発電機
出典：Phys.org
DIY熱電発電機を構築するために必要なもののリストは次のとおりです。
- キャンドル（10）
- アルミトレイ（1）
- TEC（8）
- 絶縁テープ（1）
- はんだワイヤー（1）
- アルミプレート（1）
- X-アクトナイフ（1）
- ロックタイト（1）
- 電圧レギュレーター（1）
- はんだごて（1）
- 熱電ペースト（1）
手順
ステップ1-熱電冷却器を固定してはんだ付けする
定規を使用して、TECの寸法（約40 x 40 mm）を確認することから始めます。次に、8TECを使用します。ただし、より多くの電流と電圧が必要な場合は、10を使用できます。したがって、8 TECでは、アルミニウムトレイのベースは160 x80mmである必要があります。
そこにいる間、ベースが平らであることを確認してください。そうすれば、TECを簡単に接着して、温度勾配を取得できます。次に、TECを設置する場所を断熱テープで断熱します。
その後、ブランク側にサーマルペーストを塗ります。そこにいる間に、文字を上に向けてTECを貼り付けます。これにより、ワイヤーがペア（赤と黒）を形成していることがわかります。 TECの4番の黒いワイヤーと8番の赤いワイヤーを除いて、他のケーブルをはんだ付けします。
言い換えれば、TEC8とTEC4は緩いままである必要があります。次に、TEC 5（黒線）をTEC 1（赤線）にはんだ付けしてループを完成させます。
ここでプロセスを完了したら、はんだ付けポイントにさらに絶縁テープを貼ります。そうすれば、はんだ付けの問題が他の表面と接触することはありません。
ステップ2-スタンドを作成する
このステップでは、アルミニウムトレイの高さ（50mm）を考慮する必要があります。それを念頭に置いて、約5mmのTEC厚さを追加します。その場合、TECとろうそくの炎の間の距離は15mmになります。
計算は次のとおりです。
- キャンドル+炎=30mm
- アルミニウムトレイの高さ+TECの厚さ=（50 + 5）=55mm
- TECと炎の間のギャップ=15mm
- スタンド全体の高さ=100mm
それを念頭に置いて、アルミニウムプレートが約430x100mmであることを確認してください。
ステップ3-電圧レギュレータのサポートを構築する
これは、アルミニウムストリップを切断することで実行でき、寸法は30x250mmにすることができます。次に、エッジのプライに進みます。
したがって、エッジはアルミニウムトレイの側面に完全にフィットする必要があります。その後、3つのコルクを接着してスタンドを支えます。これにより、電圧レギュレーターをコルクに直接接着して絶縁することができます。
ステップ4-TECワイヤーを電圧レギュレーターにリンクする
通常、黒のワイヤーは負で、赤は陽気です。したがって、TEC 8と4の間の電圧を測定すると、負の電圧が発生します。したがって、最初にTECパッドをはんだ付けした方法が原因で極性が反転していることを意味します。
したがって、TECパッドを電圧レギュレータに逆接続する必要があります。
また、TECは温度差に対応しているため、アルミ板を使用してください。そこにいる間に、端を曲げます。
そうすれば、TECはキャンドルからより多くの熱を得るでしょう。また、アルミニウム（160 x 120mm）はTECプレートを超えてカバーする必要があります。次に、TECのアルミニウムをサーマル接着剤で接着し、乾かします。
ステップ5-テストアウェイ
ベースがサポートできるものに基づいて、できるだけ多くのキャンドルを追加します。次に、キャンドルに火をつけてトレイを固定します。
その後、水と角氷をいくつか追加して、水を冷やします。そして、より冷たい水はより多くのエネルギーに変換されます。これにより、電圧レギュレータに接続されているLEDのライトに気付くでしょう。その結果、ディスプレイ上の電圧が上昇し始めます。
その後、セットアップが安定するまで約2分待つことができます。その後、電圧レギュレータボタンを押します。その結果、フィルターは5Vのみがレギュレーターを通過できるようになります。
まとめ
この記事の作成に従えば、DIY熱電発電機を構築することができます。また、この自由エネルギーデバイスを構築することは、正しい方向への良い一歩です。特に、環境に配慮した支持者の場合はそうです。さらに、温度を電気に簡単に変換するのに役立ちます。
では、TEGについてどう思いますか？デバイスのセットアップについてサポートが必要ですか？お気軽にご連絡ください。喜んでお手伝いさせていただきます。
産業技術