失传技术研究所小讲堂 篇八十八:手把手教你在自己家发电

2020-02-10 17:30:47 11点赞 34收藏 4评论

创作立场声明:这篇教程也是咱以前想要成为UP的初心之一,如今虽然咱已经不是UP主但是教程还是相对认真的写完后带给各位的

张大妈的观众朋友们大家好啊,最近的剧情发展挺迅速的,对于咱这个以前曾经很喜欢搞运动玩生存游戏的现垃圾佬来说真的是非常舒适了。在很久以前搞登山的时候,咱就在想如果要露营的话是应该如何解决电力 饮食 健康等问题了,今天简单的讲讲咱研究的比较好的解决电力问题的方法——当然这时候不建议各位出去浪,这些操作可以在家里进行。


手把手教你在自己家发电


首先要想自己发电最简单的方法其实就是买个手摇发电机了

这种东西其实咱很早以前就准备过了,发电机根据功率的大小来看价格也不一,上图的两种电机就分别是10W量级和100W量级的发电机,此外还有100W以上到1KW量级的发电机,这些都是可以用人力发电只要你还活着就能发电的方案

演示效果见【垃圾王】停电?不存在的 自制手摇发电机系统


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这种350W的手摇发电机其实操作起来很累,因为咱自己的桌子还要用所以不能直接安装发电机还需要用手用力固定所以实际上发电是需要消耗双倍体力的,事实上这样的发电的灵感并不是咱自己想出来的而是当时咱在ACFUN首页刷到的战斗民族的玩法

战斗民族当年在面对战争的时候是这样发电的:

战斗民族教你自己动手组装220伏发电机  


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战斗民族教你自己动手组装220伏发电机 @柚子木字幕组

战斗民族演示如何靠电磁感应给手机充电


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总之感谢柚子木字幕组当年搬运了这么多这两位战斗民族的科普视频,直接影响了后来咱的科技树的发展,在那之后很长时间我们都在研究仿制以上视频的操作,后来咱还直接去VK找到原创作团队谈过视频翻译合作,然而当时咱因为没有俄语翻译所以最后事情一直咕了下来

好在咱最近在隔壁大佬的群抓到的俄语翻译又想起来咱还有字幕组这回事了,所以最近又联系咱表示要好好翻译不咕了,那挺好,说实在的能多搬运一些科普视频咱是相当高兴的。这也是咱们字幕组建立的初心而不是像现在这样无聊去接一些漫画的坑。

还有IBM手感的键盘打字是真的舒服,说实话比同年代的MACBOOK可是强多了虽然X200相比T23 T43之类的已经差很多了 我感觉我又能直接用键盘说话了

总之用简单的电机管是有刷电机还是无刷电机发电的方法如果各位想学的话看上面的视频就可以学到了,这里咱之前也出过视频教程不想多说


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除了自制手摇发电机或者自行车发电机之外我们还可以用更简单的方式发电

比如花几十块钱买块大点的几十上百W的太阳能板之类的,这些都是组装好现成的除了运费可能贵点之外基本都是白菜价的东西——毕竟中国是第一生产国嘛。这样的太阳能板根据不同的混联情况有不同的参数,一般咱需要的是可以输出12V左右的就行,这种太阳能板在光线充足的时候可以源源不断的输出电能,而你只要在旁边躺着晒太阳就自然有电了

垃圾王】自制30W太阳能充电宝 其实太阳能充电宝这种东西咱还真有过一个,是图吧群上的车,带3W LED灯那种的三防配置,可惜现在来看已经落后了,不支持快充升压效率也不高。现在 三防太阳能充电宝这种东西依然还有,但是咱还是建议各位实用来看直接买可折叠的软太阳能板就行,USB输出很够用

在没太阳的时候可以学人家战斗民族弄个风力发电机什么的:【战斗民族实验】(中文字幕)DIY强大的风力发电机


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不过这会儿咱还是想要着重介绍一下无论在什么时候都很有用的传统发电方式,温差发电

传统的发电方式其实都是在利用热机通过热库和冷库系统间的温差来驱动发电机发电的,本质上需要热能的流动,无论火力发电还是核电还是地热发电都是一样的道理。至于水力发电和风力发电则是完全单纯的利用机械能发电,现代的太阳能发电则是利用单纯的光电效应,当然传统的太阳能发电也是利用热能搞熔盐发电。总之基本传统的发电思路都是需要热能的,有火就有电这种传统朴素的思想是非常符合人类科技发展历史的


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咱现在需要给各位介绍的并不是那种一整套的屏个人根本拉不走的传统大型热电系统,而是这种小型的虽然相对于传统的热机来说效率一般但是完全固定的没有机械结构的温差发电系统


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温差发电片/半导体制冷片 是基于塞贝克效应/帕尔贴效应制成的元件

珀耳帖效应是指当有电流通过不同的导体组成的回路时,除产生不可逆的焦耳热外,在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。这是J.C.A.珀耳帖在1834年发现的。塞贝克效应(Seebeck effect)又称作第一热电效应,是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。两者互为逆效应,该效应可逆。

实用的热电制冷/半导体温差发电装置是由热电效应比较显著、热电制冷效率比较高的半导体热电偶构成的。半导体热电偶由N型半导体和P型半导体组成。N型材料有多余的电子,有负温差电势。P型材料电子不足,有正温差电势;当电子从P型穿过结点至N型时,其能量必然增加,而且增加的能量相当于结点所消耗的能量。这一点可用温差降低来证明。相反,当电子从N型流至P型材料时,结点的温度就会升高。


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最早期咱还在从电池盒和激光头开始搓电子DIY的时候就已经在用了,不过即使是没有开发环境的那个时候其实咱的创造力依然是不减的,一会儿咱更完之前咱的老项目的教程之后各位就明白了。

那会儿哪怕是一个最简单的小不大点的TEC 12703半导体制冷片也要30多块钱(咱得抠很长时间才能拿出来30块钱一笔巨款),而如今12710也就十几块钱了,对于咱来说日子是好过许多许多的。


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现在的12710也就十多块钱,当然是TEC的


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制冷片的型号的识别,举例如下TEC1-12706,则127为致冷器的热电偶对数,06为允许电流值单位A,致冷器的极限电压≈热电偶对数×0.12


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其实抛开半导体制冷片/温差发电片的深层原理和效率不谈(深层原理可以参考这篇文章半导体制冷片工作原理及使用 - 电子发烧友网),半导体制冷片的特性还是相当诱人的

毕竟一个片片放在这里它也不动,在这苟着只要通电就能产生温差或者只要有温差就能发电,所以对于咱来说这简直再好不过了,非常理想的可以做空调服/便携发电装置的原理。没有极性,没有运动部件,正负怎么通电或者怎么施加温差都可以正常工作,是完美的元器件之一。


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超导铝半导体致冷片TEM12710 实际使用起来发现并没有更高的性能,反倒冷面冷的更慢了 可能是因为实际上制冷的原理还是一样的吧


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半导体制冷片试玩


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这个所谓超导铝制冷片的制冷效果实际上并没有普通制冷片那么好,即使上了热管散热器制冷片的冷面也没比室温低多少度


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反倒是普通的制冷片通电没一分钟


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冷面温度已经到零下了,仅仅是用了普通的散热片


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当然,这也是有代价的,热面散热片的温度明显提升了不少


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这会儿其实半导体制冷片断电就已经有挺大的温差了


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测量制冷片两端的电压就可以得到不错的读数,也就是说这会儿如果储存这部分能量的话就可以实现能量回收


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过不了一会儿半导体制冷片的两端就都高于室温了,原因也简单,它制冷的效率并不高,很大一部分电能凭空浪费掉变成热能了,最后整体还是有挺多能量消耗掉变成热量了,如果这会儿是开用压缩机制冷的空调,效率会高很多。当然咱玩这个主要还是为了体验能量的可逆,空调可不能再把制的冷抽回来发电。

数据表:


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这种东西还是挺好玩的,如果有时间咱可能还会出自制冰箱之类的教程呢,对于垃圾佬来说其实这种时候就应该捡垃圾车载冰箱之类的利用它的现成的保温层来自制简易冰箱,或者拿泡沫盒自制。咱最想玩的其实是拿这个东西做饮料机热饮料,因为它的热效率因为是搬运了冷面的热能所以实际加热的效率来看能效比大于1,比一般的电热元件效率高。


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像这样的东西现在的售价还是挺贵的(100-300)咱是有自己造的动机的,有空再说吧

其实除了半导体制冷咱记得以前研究的时候还有磁制冷的原理,可惜相比压缩机来说效率看都不是太实用。

很多效应其实都是可逆的,还记得之前说的太阳能板的光电效应吗?其实也是可逆的,如果情况紧急实在是搞不到太阳能板,用LED灯板也是可以发出些微的电流的。


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一个单体蓝光LED在自然光下其实也是可以发出30ma的电流的,所以当年咱实验室的同学在惊奇为何面包板上的LED用电流表居然能量出来电流咱一点都不奇怪,这个世界是能量的世界,随时都有能量在流动,只不过咱能不能意识到这种能量的存在。地球所接受的太阳能功率,平均每平方米为1353千瓦,这就是所谓的"太阳常数" 将来在讲登山的时候我们也会提到这个概念,日间活动和夜间活动我们的状态是有非常大的不同的


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总之要想利用温差发电,我们需要热源和冷源,热源好办,只要比常温温度高的东西都可以拿来用,即使用手烀在板子上也能产生些微的电流。冷源就比较麻烦,毕竟是需要维持常温的东西,温差发电片虽然冷端听名字冷端好像挺冷的不需要散热但是实际上温差发电片用来发电的时候发电片是会向冷端源源不断的提供热量的。所以要维持温差提高发电效率就必须要冷却冷端,而冷却的最好办法就是加散热器。铁塔MINI就是一个这样的不错的CPU散热器,它自带两根热管可以给纯铜基底提供良好的散热,实测用这个散热器压AMD的开核平台四核开六核压力是不大的。即使在有地热的今天也可以无压力的保持CPU温度稳定在80以下。


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当然如果各位有兴趣还可以选择图吧20块钱的水冷,水冷头连上泵另一边接个水盆就可以开始水冷了。就是电机吵了点


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其实当初买这么多水冷头真不是为了给CPU散热就是为了搞电子DIY的

水的比热容在25℃时,大约是4.2×10³ J/(kg℃),比其它液体普遍较高。因为水分子有氢键别的液体分子没有,打破氢键需要非常高的能量,烧开一壶水比烧开一壶汽油还费电(汽油的比热容是2200J/(Kg.C) 汽油的沸点范围(又称馏程)为30 ~ 205°C,就是一壶汽油全蒸没也没有烧一壶水费电)


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名 场 面:图吧垃圾王带你20预算自制水冷

真正的这台电脑在发现风冷压六核完全压力不大之后水冷咱就给拆了,不是怕漏水烧板子而是水盆太占地方电机太吵了。真要是想要搞图吧水冷的话完全可以在机箱旁边弄个小鱼缸然后弄个鱼缸换水用的潜水泵。


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总之让我们开始吧

首先要在家搞温差发电我们需要一个稳定的热源,这里我们用的是很久以前当UP的时候就很喜欢用的喷灯,这款是高配的30多块钱可以调软硬火可倒喷,各位其实要用完全可以买10块钱包邮的普通喷灯就行,燃料用的是普通的卡式炉上的卡式罐,这个以后我们在出登山教程的时候也能用得上。是非常理想的便携炊具,比液化气罐实用的多,比煤油炉子安全。

散热器不用说了咱已经之前介绍好了,愿意上水冷就上水冷,不愿意上水冷就随便找个风冷,用热管的散热器很容易压百八十W的热流的,热管毕竟还是比纯金属导热还快的相变传热啊。

温差发电的核心温差发电片我们用的是最常见的27145,号称耐温120度,价格非常便宜比半导体制冷片还便宜,实际结构和功能其实和半导体制冷片倒是一样


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有字的一面帖近于散热面(冷端)

无字的一面帖进于吸热面(热端)

红色线接正极,黑色线接负极,有温差时即可发电

如果热流方向相反反接输出线即可

SP1848-27145参数如下:

封装尺寸:40*40*4.0mm

使用环境:-60~125

产品原材料:碲化铋

晶棒规格:Ф30mm L-30cm

温差电动势(a):>190×μV/℃

电导率(σ):850~1250Ω-1.cm-1

热导率(K):15~16×10-3-W/℃cm

优值(Z):2.5~3.0×10-3W/℃

使用温度在-40度至150度间(号称)

原则上热面直接加热就可以了,但是实际上热面为了保护发电片我们需要用一个导热率高的材料均热,之前答应各位直播做CPU钥匙扣一直没做的CPU盖就可以


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至于硅脂导热膏的作用是填补表面间微观细小缝隙这种事就不用咱弹老调了吧,之前50包邮的USB光学显微镜 照片各位也看过了,无论散热器还是CPU盖还是这次这个温差发电片表面都是粗糙的,不可能凭外力简单的就实现全接触,只要有缝隙就会有空气,只要有空气就会产生绝热,所以为了避免缝隙中有空气,必须想办法让缝隙中没有空气,所以最简单的办法就是用硅脂把缝隙糊上。这就好比要排除一定体积的空气产生升力最理想的办法是做一个真空容器,但是真空的容器需要非常高的强度用了这样的材料根本造的就不是飞行器怎么办?那直接做一个装满密度接近于0气体的气球不就行了,于是氢气球和氢气飞艇就出现了,人类进入了航天时代。其实有些事情解决起来就是那么简单,向现实妥协没什么不好的。既然造不出完美的平面那把缝隙用导热率相对较低但是又比空气高很多的导热硅胶填上不就完了,既然没有纯真空的容器那用几乎没有密度的气体不也一样能依靠浮力飞起来吗,科学在工程上往往就是这么回事,我不要你效率多高我要稳定可靠能解决问题。


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总之大概给散热器的铜基底涂满导热硅脂之后就可以安装制冷片了


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顺手用同样的方法把均热片装上


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然后就可以开火了(注意防火)


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咱很容易就让这个发电片在2.5V档位上打满表头了

这里是商品页面的参考值

温差20度:开路电压0.97V,短路电流:225MA

温差40度:开路电压1.8V,短路电流:368MA

温差60度:开路电压2.4V,短路电流:469MA

温差80度:开路电压3.6V,短路电流:558MA

温差100度:开路电压4.8V,短路电流:669MA

以上数值仅供参考,在实际使用时接线和升压板功率会有损失

其实测量开路电压和短路电流再乘机得到功率的方法测定功率是标准的耍流氓,原因很简单,开路电压一旦接入负载就里面会产生电压降,短路电流接入负载之后也一样会根据负载的实际情况电流会改变,所以过去12年那会儿有挑战杯做手握充电宝的时候当时引起关注的点就在这,就人体那点温度即使是站在哈尔滨的大街上也很难用一片温差发电片产生可以给手机充电的功率啊,结果这个项目当时居然还获奖了,从那时候开始咱就知道了这些比赛都是扯淡的。想不到多年过去咱也在比赛中故技重施用了这样的办法,想想还真的很惭愧啊。 视频:温差发电片27145极限测试

评论区那么厉害的那你来做字幕啊,咱要是有时间做字幕那文章还会咕这么长时间吗?真是想想就好笑,就像这视频是专门用来看的一样,只是咱文章的扩展罢了。咱会关心视频的观众吗?又不是做UP的时候靠这个整活了,说的就像以前好好做视频的时候会有很多人看似的。自从B站在咱开通激励计划之后给爷限流了之后就再也没有几万几十万播放的时候了,就是好好整,又有几个人能把视频看完?传统视频的时代已经过去了,这年头就是看抖音快手都没几个人挨个视频好好看不跳过了 而且就像咱做字幕组的时候评论的那样,每个人、每个组都有自己的风格,不能用统一的标准来评判。你不能说这个组做的东西不符合你的喜好了就说这个组不好,在咱看来只要能做到信达雅这些都不是问题。


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总之咱在烧到5V左右的时候温差发电片突然就炸了,看来要想用这玩意给手机发电至少要准备多几个串并联才行,貌似有现成的方案。

既然发电片炸了咱索性就把它拆开看了下,发现内部结构果然和制冷片没啥区别,根据这个售价判断这个发电片的功率应该在40*40的封装里面算低的。


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从实用层面来看还真的有项目用了温差发电片做过火力发电炉这个产品,这个售价给了咱充足的动机仿造或者DIY……作为垃圾佬,能用100块钱解决的事就不可能用1000

总之咱又买了三片温差发电片,等咱做出来可以靠烧火就能给手机充电的水平的电路的时候会考虑更个视频什么的

最后给各位提供一些如果真的要在自家发电的一些建议


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首先如果真的要在自家搞发电的话,电瓶这种东西是一定要有的,哪怕是摩托车电动车的老式电瓶。这种电瓶直接连发电机上串个二极管或者整流器就可以充当电能的容器,就像烧熔盐的太阳能发电厂一样,管你白天黑天都能发电,白天我们把热能储存起来,晚上照样能发电。用电瓶也是一个道理,白天咱可以用太阳能板,到了晚上我们需要取暖的时候再用温差发电。如果电力充足气候温暖还可以直接用电瓶蓄电。缺电的时候再上温差发电或者干脆手摇发电


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稳压模块和升压模块也是要有的,这年头买个UPS可以顶个十几二十几分钟,改下电瓶就可以直接长期使用倒也还行。但是对于一些使用环境咱还是不建议点逆变器的,除非一定要用220V电器,不然正常情况完全可以用DC-DC模块解决。比如自制笔记本移动电源里面咱就提到过要用DC-DC模块而不是直接接逆变器点220,逆变器+开关电源实际上是双重效率损失,对家用电来说点个电源无可厚非点电瓶的时候最好还是别这么干,影响效率,效率就是续航。

买个可调的稳压模块和升压模块就可以了,如果需要低压,还可以买降压模块。原则上降压模块的效率一直比升压模块高,事实上如果可能,发电的时候一开始就可以选择比较高的电压比如24V 36V 48V这样的参数,12V虽然常见也常用但是升压还是要面对效率低的困境的。


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当然,如果在自家对临时高功率电源有需求的话可以考虑弄一套超级电容器,每个单元耐压2.3V-2.7V那样,容量比电瓶低但是可以提供更高的功率(物理方法储存电能不需要经过电化学反应)

在自家备一套需要的时候充满电可以用来给没电的汽车对火之类的


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简易电压表也是非常常用的零件,这东西现在非常便宜两线制电压表华强北两三块钱一个吧


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二极管和整流器也是非常实用的,如果真的打算在自家发电可以屯一点,有效防止电流逆流

你不希望电瓶拖着发电机转的比你手摇还快吧



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有电了之后我们可以干什么呢?其实最先能解决的,恐怕就是照明问题了吧。人学会了用火,晚上就有了光与热。现在有了电灯,只要有电就有了光,照明问题解决了,生存的其他问题也容易得到保障。真要是到了需要发电的时候相信各位要电也一定不是为了用来玩电脑或者刷朋友圈吧。

现在是全电网配电的时代,过去的经常停电已经成了历史。在自家发电也好生火也好其实只是在家无聊的时候为日后在户外运动时候做的准备(以及把自己代入绝地求生的那种没电没汽油也没车的妄想中)。咱好歹是运动领域作者不出点运动领域的教程怎么行。有空等战疫胜利之后看看我能更点啥运动相关作品吧


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