Lumina din energie termică pentru sub 5 $: 7 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

Suntem doi studenți de design industrial în Olanda, iar aceasta este o explorare rapidă a tehnologiei, ca parte a subcursului Tehnologie pentru proiectare conceptuală. În calitate de proiectant industrial, este util să puteți analiza metodic tehnologiile și să obțineți o înțelegere mai profundă a acestora pentru a lua o decizie bine fundamentată pentru implementarea unei tehnologii specifice în concepte.

În cazul acestei instrucțiuni, suntem interesați să vedem cât de eficiente și ieftine pot fi modulele TEG și dacă acestea sunt o opțiune viabilă pentru reîncărcarea accesoriilor în aer liber, cum ar fi băncile de alimentare sau lanternele cu, de exemplu, un foc de tabără. Contrar puterii bateriei, energia termică prin foc este ceva ce putem face oriunde în pustie.

Aplicație practică

Am investigat utilizarea TEG-urilor pentru încărcarea bateriilor și alimentarea luminilor cu LED-uri. Avem în vedere utilizarea modulelor TEG pentru, de exemplu, încărcarea unei lanterne la focul de tabără, astfel încât să poată fi independentă de energia rețelei.

Investigația noastră se concentrează pe soluțiile low-cost pe care le-am găsit la comercianții cu amănuntul online chinezi. În acest moment este dificil să recomandăm module TEG într-o aplicație atât de practică, deoarece acestea au pur și simplu o putere de ieșire prea mică. Deși există astăzi module TEG extrem de eficiente pe piață, prețul lor nu le face cu adevărat o opțiune pentru produsele mici de consum, cum ar fi o lanternă.

Pasul 1: Piese și instrumente

Părți

-Modul termoelectric (TEG) 40x40mm (SP1848 27145 SA) https://www.banggood.com/40x40mm-Thermoelectric-Power-Generator-Peltier-Module-TEG-High-Temperature-150-Degree-p-1005052.html? rmmds = căutare & cur_warehouse = CN

-Lumini

-Panoul

-LED rosu

-Unele fire

-Tencuială pentru radiator / pastă termică

-Fierăstrău / radiator (aluminiu)

Instrumente

-Termometru de un fel

-Ciocan de lipit

-(multimetru digital

-Mai usoara

-Mici Vise (sau alt obiect care vă permite să puneți lumini de lumină sub el)

Pasul 2: Principiul de lucru și ipoteza

Cum functioneazã?

Simplu spus, un TEG (generator termoelectric) transformă căldura într-o ieșire electrică. O parte trebuie încălzită, iar cealaltă parte trebuie răcită (în cazul nostru partea cu text trebuie răcită). Diferența de temperatură între părțile superioare și inferioare va face ca electronii din ambele plăci să aibă niveluri diferite de energie (o diferență de potențial), care la rândul său creează un curent electric. Acest fenomen este descris de efectul Seebeck. De asemenea, înseamnă că atunci când temperaturile de pe ambele părți devin egale, nu va exista curent electric.

Așa cum s-a menționat, au fost aleși pentru explorare generatorii termoelectrici. Folosim un tip SP1848-27145 cu un cost de sub trei euro pe unitate (inclusiv transportul). Suntem conștienți de faptul că există soluții mai scumpe și mai eficiente pe piață, dar am fost interesați de potențialul acestor TEG-uri ‘ieftine’.

Ipoteză

Site-ul care a vândut modulele TEG a avut, așa cum s-a simțit, pretenții îndrăznețe pentru eficiența conversiei energiei electrice. Vom face un mic ocol mai târziu, explorând aceste afirmații.

Pasul 3: Pregătirea și asamblarea

Pasul 1: A fost realizat un radiator simplu folosind piese de fier vechi din aluminiu găsite în atelier, acestea fiind atașate la modulul TEG folosind pastă termică. Cu toate acestea, alte metale, cum ar fi cuprul, alama sau mizeria, vor funcționa, de asemenea, suficient pentru această configurare.

Pasul 2: Pasul următor implică lipirea primului cablu negativ al primului TEG cu cel pozitiv al doilea TEG, acest lucru asigură faptul că curentul electric va fi în serie (ceea ce înseamnă că ieșirea celor două TEG-uri va fi adăugată). Cu configurarea noastră, am fost disponibili doar pentru a genera aproximativ 1,1 volți pe TEG. Aceasta înseamnă că, pentru a atinge 1,8 volți necesari pentru aprinderea unui LED roșu, a fost adăugat un al doilea TEG.

Pasul 3: Conectați firul roșu (pozitiv) al primului TEG și firul negru (negativ) al celui de-al doilea TEG la panoul din locurile respective.

Pasul 4: Plasați un LED roșu pe panou (amintiți-vă: piciorul mai lung este partea pozitivă).

Pasul 5: Ultimul pas este simplu *, aprindeți lumânările și așezați modulele TEG deasupra flăcării. Vrei să folosești ceva robust pentru a pune TEG-urile deasupra. Acest lucru îi ține departe de contactul direct cu flacăra, în acest caz a fost folosită o menghină.

Deoarece acesta este un test simplu, nu am petrecut mult timp pentru a face carcase sau răcire adecvate. Pentru a asigura rezultate consistente, ne-am asigurat că TEG a fost poziționat la distanță egală de lumina luminii pentru testare.

* Când încercați să repetați experimentul, este recomandat să plasați TEG-urile cu radiator într-un frigider sau congelator pentru a le răci. Asigurați-vă că le scoateți din panoul de control înainte de a face acest lucru.

Pasul 4: Configurare

Testarea inițială

Testul nostru inițial a fost rapid și murdar. Am plasat modulul TEG deasupra unei lămpi de ceai și am răcit „capătul rece” al TEG folosind carcasa din aluminiu a unei lămpi de ceai și a unui cub de gheață. Termometrul nostru (stânga) a fost plasat într-o clemă mică (sus dreapta) pentru a măsura temperatura din partea superioară a TEG.

Iterări pentru testul final

Pentru testul nostru final, am făcut mai multe modificări în configurație pentru a asigura un rezultat mai fiabil. În primul rând, am schimbat apa rece ca gheața pentru o răcire pasivă, utilizând un bloc mai mare de aluminiu, aceasta reflectând mai îndeaproape implementarea potențială. De asemenea, a fost adăugat un al doilea TEG pentru a obține rezultatul dorit, care a fost să aprindă LED-ul roșu.

Pasul 5: Rezultate

Folosind setarea descrisă se va aprinde un LED roșu!

Cât de puternic este un TEG?

Producătorul susține că TEG poate produce o tensiune în circuit deschis de până la 4,8 V la un curent de 669 mA atunci când este supus unei diferențe de temperatură de 100 de grade. Folosind formula de putere P = I * V, se calculează că aceasta ar fi aproximativ 3,2 wați.

Ne-am propus să vedem cât de aproape am putea ajunge la aceste afirmații. Măsurând în jur de 250 de grade Celsius în partea de jos a TEG și aproape de 100 de grade la capătul superior, experimentul arată o diferență destul de mare în comparație cu afirmațiile producătorului. Tensiunea stagnează în jur de 0,9 volți și 150 mA, ceea ce este egal cu 0,135 wați.

Pasul 6: Discuție

Experimentul nostru ne oferă o impresie bună despre potențialul acestor TEG-uri, deoarece putem spune cu adevărat că producția lor este decentă pentru un pic de distracție și experimentare, dar că fizica implicată pentru răcirea corespunzătoare a acestor sisteme și generarea unei surse constante de energie este departe de a fi fezabil pentru o implementare în lumea reală, în comparație cu alte soluții posibile în afara rețelei, cum ar fi energia solară.

Există cu siguranță un loc pentru TEG-uri, iar ideea de a folosi un foc de tabără pentru a alimenta o lanternă pare realizabilă; suntem doar sever limitați datorită legilor termodinamicii. Deoarece trebuie realizată o diferență de temperatură, o parte a TEG are nevoie de răcire (activă), iar cealaltă are nevoie de o sursă constantă de căldură. Acesta din urmă nu este o problemă în cazul unui foc de tabără, cu toate acestea răcirea trebuie să fie atât de eficientă încât va fi nevoie de o soluție de răcire activă și acest lucru este dificil de realizat. Atunci când se ia în considerare volumul necesar pentru ca aceste soluții să funcționeze, în comparație cu tehnologia bateriei existente, este mult mai logic să alegeți o baterie pentru alimentarea luminilor.

Îmbunătățiri

Pentru experimentele viitoare, ar fi recomandat să achiziționați radiatoare adecvate (de exemplu de la un computer defect) și să le aplicați atât pe partea fierbinte, cât și pe partea rece a TEG-ului. Acest lucru permite distribuirea mai adecvată a căldurii și va face căldura reziduală pe partea rece să se disipeze mai ușor decât un bloc solid de aluminiu

Aplicații viitoare ale acestei tehnologii În momentul de față, TEG-urile se găsesc în principal în produsele tehnice (ecologice) ca mijloc de valorificare a căldurii reziduale pentru energie. În viitor, această tehnologie are potențialul pentru mult mai mult. O direcție interesantă pentru proiectarea produselor de iluminat este cea a articolelor portabile. Utilizarea căldurii corpului ar putea duce la lumini fără baterii, care pot fi montate cu ușurință în haine sau pe corp. Această tehnologie ar putea fi aplicată și în senzorii de autoalimentare pentru a permite produse de monitorizare a fitnessului în pachete mai versatile decât oricând. (Evident Thermoelectrics, 2016).

Pasul 7: Concluzie

În concluzie, oricât de promițătoare pare tehnologia, sistemul necesită o răcire activă și o sursă constantă de căldură pentru a asigura un flux uniform de încărcare electrică (în cazul nostru, lumină susținută). În timp ce configurarea noastră a permis răcirea rapidă a radiatoarelor folosind un frigider, acest experiment ar fi fost destul de dificil de reprodus fără electricitate externă; lumina ar fi fost moartă până când părțile pozitive și negative vor atinge aceeași temperatură. Deși tehnologia nu este foarte aplicabilă în acest moment, este interesant să vedem unde va merge, având în vedere fluxul constant de tehnologii și materiale noi și inovatoare.