Omvänd peltier? *seebeck effekt

Du vet väl hur ineffektiv ett peltierelement är?
Det blir ju likadant bakvägen.

Ja, precis som redan påpekats så tycker jag att peltierelement är "omvända seebeckelement", inte tvärt om.

Nåja, det är egentligen precis samma sak, och båda kan sammanfattas som den termoelektriska effekten. Strikt taget är en tredje effekt, thompsoneffekten, också inblandad. Den uppstår i nästan alla ledare (förutom bly, knasiga legeringar och supraledare förstås) vars yta har olika temperaturer på olika ställen eller ändor. Om ström passerar ledaren kan den ta upp eller avge extra energi beroende på material och strömriktning.

Och visst fungerar peltierelement som seebeckdito eller tvärt om, men kanske inte optimalt. Rent tillverkningstekniskt så skiljer sig elementen åt, men i teorin "ska" alla övergångar mellan två olika ledare eller halvledare med några undantag, uppvisa såväl peltier- som seebeckeffekt.

Med peltierelement pumpar man värme med el, och med seebeckelement tvärt om. Och detta är intressant: Båda kan agera som kylning, fast det är mer uppenbart med peltier. Det finns speciella kraftverk kallade för RTG, eller radiotermiska generatorer, där en radioaktiv isotop får sönderfalla och därmed generera värme. Värmen passerar genom lager med seebeckelement, och på så sätt fås elenergi ut. Dessa generatorer används när man behöver ström under mycket lång tid, och varken elnät eller batterier finns att tillgå. Obemannade fyrar och rymdfarkoster är de uppenbara tillämpningarna.

När jag påstår att seebeckeffekten kyler så menar jag inte att det som genererar värmen blir så mycket kallare, utan snarare att man tappar värmeenergi ur hela det lokala systemet och omvandlar det till elenergi. Det är i paritet med att peltierelement tappar elenergi ur sin elförsörjning som blir till värme. Således blir den "kalla" sidan på seebeckelementet något kallare än vad man skulle förvänta sig av ren värmetransport genom materialet. Detta är i exakt analogi med att peltierelementets varma sida blir varmare av samma orsak. Liknande analogier finns givetvis hos alla former av energikonvertering och -transport.

Var man köper element i första hand tänka som seebeckdito vet jag inte, men att du får 1,2 volts potentialskillnad på ditt peltierelement är ju ett tecken på att det fungerar. Nästa steg är att mäta kortslutningsströmmen, och på så sätt sluta dig till den maximala effekten given en viss temperaturgradient.

(Om någon tror att denne ska få ut någon nettoeffekt genom att "kyla" sin dator med seebeckeffekten, så kommer han bli besviken. Det fungerar inte. Punkt.)

Jag vet inte riktigt att peltiers skulle vara ineffektiva, som så ofta sägs. Verkningsgraden är nog precis den man kan förvänta och bestäms av 'peltierkoefficienten', Kpelt, vilken är KseebT, där T är absolut temperatur och Kseeb är 'seebeckkoefficienten', som mäts i volt per förändring i kelvingrad (således är Kpelt = V/Td*Ta där Td är temperaturskillnad och Ta är absolut temperatur). Verkningsgraden är "bara" proportionell mot dessa konstanter, och bestäms även av högvis med materialdata. Teoretisk verkningsgrad är 50% för peltier och 100% för seebeck (om jag inte gjort någon tankevurpa - jag utgår ifrån att dT = Ta, dvs den "kalla" sidan på seebeckelementet är 0 K. Då borde all tillförd värmeenergi bli till eldito). I verkligheten så är ju en verkningsgrad på 50% (tänk på att peltiern förutom att pumpa värme, skapar värme när den förbrukar ström) inte tokigt alls, och även om praktiken inte når upp till detta, så får det anses gott om man jämför med andra omvandlingsmekanismer från fulenergi (som värme) och finenergi med hög exergi - som el. Solceller kan slänga sig i väggen. Tror jag. Observera att vi talar om effektivitet ur energisynpunkt - inte nödvändigtvis om effektiv och praktiskt datorkylning.

Seebeckelement lämpar sig väl där man har en stor temperaturskillnad, inte sällan på hundratals grader. Peltier skapar i stället en temperaturskillnad som kan ses om analogi för en potentialskillnad med intern resistans - tempskillnaden sjunker när elementet belastas, genom att pumpa värme.

Aka_The_Barf: Mja, hade peltier-/seebeckelement varit mångsidiga hade vi hittat dem överallt. I själva verket är den ena sällsyntare än den andra. Därför måste man upp i rymden, ner i ubåtar eller till fornsovjetiska fyrar för att hitta dem i tillämpningen "skapa el". Svindyra är de också, men de är inte hopplöst ineffektiva. RTG-försedda rymdsonder har hundratals momentana watt att leka med, i gott och väl 20 år och därutöver (tiden ska vi dock tacka radioaktiviteten för, inte omvandlaren). Voyagersonderna, på väg i 29 år och mellan 80 och 100 AU, dryga 12 ljustimmar, bort sänder fortfarande medans de sakta (60 000 km/h) svävar ut ur solsystemet bärandes på en last av LP-skivor i guld med hälsningar på många språk, inklusive svenska, med tillhörande LP-spelare och en pedagogisk intergalaktisk instruktionsbok! Sorgligt är förstås, att även om universum så kryllar av intelligent liv är det ofantligt obscent osannolikt att någon någonsin får möjlighet att spela upp skivan...

(RTG förlorar effekt över tid, och just dessa sonder har inte nu längre hundratals watt att röra sig med). Argh! Kan det bli mer off-topic?

Edit: Googlade lite och fann att voyagersonderna har tre RTG vardera, och dessa har fungerar över förväntan. De borde brunnit slut för länge sedan, men den nya prognosen är att vi kan få en byte här och en bit där från sonderna till 2020 - över 40 år!

De som är intresserade av att omvandla värmeenergi till rörelse/el bör kolla upp Stirling-motorn som nog har en mycket högre verkningsgrad!

Precis, en stirlingmotor är rätt knepig att konstruera, speciellt hemma. Men varför vill man ha en elgenererande kamin? Betydligt bättre (men mycket tråkigare) är ju batterier för strömlösa dagar. Några kraftiga blyaccar är mer effektiva och säkerligen billigare.

En fördel med kaminen skulle kunna vara själva värmegenereringen, men jag tror fortfarande att det vettigaste då skulle vara en kamin just för värmen, och batterier för elen.

Solceller har några procents verkningsgrad. Det är stor skillnad på olika tillverkningssätt. Riktigt effektiva solceller har en verkningsgrad på 20% eller mer, men dessa är mer än svindyra. Solceller har vidare en begränsad livslängd, och innehåller ofta miljöfarliga material (så mycket för "alternativ" energikälla, alltså).

Solfångare kan mycket väl generera el. Att bringa vatten i kokning och driva en turbin är det givna sättet. Jag vet inte mycket om verkningsgraden, men den borde vara lite bättre än elektriska solceller. Emellertid är anläggningskostnaden dyr, det finns säkerhetsaspekter (koncentrerad sol är inte nyttigt) och speglarna måste vara välslipade och ha mekanik för att följa solen. Fullt dagsljus är i runda slängar 1-2 kW per kvadratmeter, så man behöver enorma arealer för att få ut några större effekter.

En stirlingmotor kan arbeta med rätt låga temperaturer. Eftersom den arbetar (som alla maskiner, egentligen) med temperaturskillnader kan man i princip bygga en stirlingmotor för riktigt kalla temperaturer. Även minusgrader. Nu vet jag inte om det finns sådana motorer, men möjligt torde det vara.

Klart att en kamineldad seebeckgenerator är en kul idé, men jag tror det blir billigare med en kamineldad ångturbin.

En leksaksångmaskin med en generator kan generera tillräckligt med el för att ladda en mobiltelefon.

Du kan ju alltid försöka bygga en RTG med gamla brandvarnare, florucerande färg och solceller...

enligt wikipedia så: "Seebackeffekt är orealistisk för praktisk användning då verkningsgraden är mycket låg (ca 2-3%)."

Jag vet inte vad man ska tro?

@ seda:
Som du märkte så fungerar det ju även med en vanlig TEC, men det finns som sagt speciella peltiers som är byggda för det. Kolla på ebay, där är utbudet mycket större än hos t.ex elfa och priserna är även mycket lägre. Peltiers byggda för att omvandla värme till el och inte tvärt om är nog lite ovanligare. Men kontakta företagen som säljer vanliga peltiers så kan de nog ordna något.

@ MBY:
Mycket intressant läsning som vanligt!

Du ska "tro" att verkningsgraden är låg. Jag har inte påstått något annat heller. Den teoretiska verkningsgraden är natruligtvis något helt annant. Det är den högsta verkningsgrad som inte är ett brott mot termodynamiken.

"Orealistisk för praktisk användning", är ju bara dumheter. Den används mycket praktiskt i RTG, i kärndrivna ubåtar, etc. Vi kan ha ett godtyckligt lager av seebeckelement för att öka verkningsgraden. Verkningsgraden för en installtion kan alltså vara högre än för ett element.

jag demonstrerade seebeck effekten på¨ett arbete i skolan, vi hade ett element på 50W med 2 kylflensar på.
5l 2gradigt vatten på en sida och ca 1l 90 gradigt vatten på andra.

vi fick 20mV och den levererade en precis märkbar ström. typ någon mW

Kan inte nån testa att sätta två andra peltierelement mot det som genererar ström så man kan se förlusten?