Светлина от топлинна енергия за под $ 5: 7 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:54

Ние сме двама студенти по индустриален дизайн в Холандия и това е бързо проучване на технологиите като част от подкурс „Технология за концептуален дизайн“. Като индустриален дизайнер е полезно да можете да анализирате методично технологиите и да придобиете по-задълбочено разбиране за тях, за да вземете обосновано решение за внедряване на конкретни технологии в концепции.

В случая с тази инструкция, ние се интересуваме да видим колко ефективни и евтини могат да бъдат TEG модулите и дали те са жизнеспособна опция за презареждане на външни аксесоари като захранващи батерии или фенерчета с например лагерен огън. Противно на батерията, топлинната енергия чрез огън е нещо, което можем да направим навсякъде в пустинята.

Практическо приложение

Разследвахме използването на TEG за зареждане на батерии и захранване на LED светлини. Предвиждаме използването на TEG модули за например зареждане на фенерче на лагерния огън, така че да може да бъде независимо от енергията на мрежата.

Нашето разследване се фокусира върху евтини решения, които открихме при китайските онлайн търговци на дребно. В момента е трудно да се препоръчат TEG модули в такова практическо приложение, тъй като те просто имат твърде малко изходна мощност. Въпреки че днес на пазара има високоефективни модули TEG, тяхната цена не ги прави опция за малки потребителски продукти като фенерче.

Стъпка 1: Части и инструменти

Части

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

-Морски свещи

-Дървена дъска

-Червен светодиод

-Някои проводници

-Тип радиатор/ термопаста

-Настъргани метали/радиатори (алуминий)

Инструменти

-Някакъв термометър

-поялник

-(цифров) мултицет

-По -лек

-Mali Vise (или друг обект, който ви позволява да поставите свещички под него)

Стъпка 2: Работен принцип и хипотеза

Как работи?

Просто казано, TEG (термоелектрически генератор) преобразува топлината в електрически изход. Едната страна трябва да се нагрее, а другата да се охлади (в нашия случай страната с текст трябва да се охлади). Температурната разлика в горната и долната страна ще накара електроните в двете плочи да имат различни нива на енергия (потенциална разлика), което от своя страна създава електрически ток. Това явление се описва чрез ефекта на Зеебек. Това също означава, че когато температурите от двете страни станат равни, няма да има електрически ток.

Както бе споменато, термоелектрическите генератори са избрани за изследване. Използваме тип SP1848-27145 с цена под три евро на единица (включително доставка). Наясно сме, че на пазара има по -скъпи и ефективни решения, но се интересувахме от потенциала на тези „евтини“ТЕГ.

Хипотеза

Уебсайтът, който продаваше модулите TEG, имаше смели претенции за ефективност при преобразуване на електрическа енергия. Ще направим малко заобикаляне по -късно при проучване на тези твърдения.

Стъпка 3: Подготовка и монтаж

Стъпка 1: Прост радиатор е направен чрез използване на части от скрап от алуминий, намерени в работилницата, те са прикрепени към модула TEG с помощта на термична паста. Въпреки това, други метали като мед, месинг или разбъркване също ще работят достатъчно за тази настройка.

Стъпка 2: Следващата стъпка включва запояване на отрицателния проводник на първия TEG към положителния проводник на втория TEG, това гарантира, че електрическият ток ще бъде последователен (което означава, че изходът на двата TEG ще бъде сумиран). С нашата настройка бяхме на разположение само за генериране на около 1,1 волта на TEG. Това означава, че за да се достигнат 1,8 волта, необходими за запалване на червен светодиод, е добавен втори TEG.

Стъпка 3: Свържете червения (положителен) проводник на първия TEG и черния (отрицателния) проводник на втория TEG към макета на съответните му места.

Стъпка 4: Поставете червен светодиод върху дъската (не забравяйте: по -дългият крак е положителната страна).

Стъпка 5: Последната стъпка е проста*, запалете свещите и поставете TEG модулите върху пламъка. Искате да използвате нещо здраво, върху което да поставите TEG. Това ги предпазва от директен контакт с пламъка, в този случай е използван менгеме.

Тъй като това е прост тест, не сме отделили много време, за да направим подходящи заграждения или охлаждане. За да се осигурят постоянни резултати, ние се уверихме, че TEG е позициониран на еднакво разстояние от чаената светлина за тестване.

*Когато се опитвате да повторите експеримента, се препоръчва да поставите TEG с радиатор в хладилник или фризер, за да ги охладите. Не забравяйте да ги премахнете от макета, преди да го направите.

Стъпка 4: Настройка

Първоначално тестване

Първоначалният ни тест беше бърз и мръсен. Поставихме TEG модула върху чаена лампа и охладихме „студения край“на TEG, използвайки алуминиевия корпус на чаена лампа и кубче лед. Нашият термометър (вляво) беше поставен в малка скоба (горе вдясно), за да се измери температурата на горната част на TEG.

Итерации за последен тест

За последния ни тест направихме няколко промени в настройката, за да осигурим по -надежден резултат. Първо сменихме ледено студената вода за пасивно охлаждане, като използвахме по -голям блок от алуминий, това отразява по -отблизо потенциалното внедряване. Също така беше добавен втори TEG, за да се постигне желаният резултат, който трябваше да запали червения светодиод.

Стъпка 5: Резултати

С помощта на описаната настройка ще светне червен светодиод!

Колко мощен е един TEG?

Производителят твърди, че TEG може да произведе напрежение на отворена верига до 4.8V при ток 669mA, когато е подложена на 100 градусова температурна разлика. Използвайки формулата за мощност P = I * V, се изчислява, че това ще бъде приблизително 3,2 вата.

Тръгнахме да видим колко близо можем да стигнем до тези твърдения. Измервайки около 250 градуса по Целзий в долната част на TEG и близо до 100 градуса в горния край, експериментът показва голяма разлика в сравнение с твърденията на производителя. Напрежението се задържа около 0,9 волта и 150 mA, което е равно на 0,135 вата.

Стъпка 6: Дискусия

Нашият експеримент ни дава добро впечатление за потенциала на тези ТЕГ, тъй като можем справедливо да кажем, че тяхната продукция е прилична за малко забавление и експерименти, но че физиката, за да се охлади правилно тези системи и да се генерира постоянен източник на енергия, е далеч от възможността за реализация в реалния свят в сравнение с други възможни решения извън мрежата като слънчева енергия.

Определено има място за TEG и идеята за използване на лагерен огън за захранване на фенерче изглежда постижима; ние сме просто силно ограничени поради законите на термодинамиката. Тъй като трябва да се постигне температурна разлика, едната страна на TEG се нуждае от (активно) охлаждане, а другата се нуждае от постоянен източник на топлина. Последното не е проблем в случай на лагерен огън, но охлаждането трябва да бъде толкова ефективно, че да е необходимо активно охлаждащо решение и това е трудно да се постигне. Когато се обмисля необходимия обем, за да работят тези решения, в сравнение със съществуващата батерийна технология, е много по -логично да се избере батерия за захранване на светлините.

Подобрения

За бъдещи експерименти би било препоръчително да се набавят подходящи радиатори (например от счупен компютър) и да се приложат както на горещата, така и на хладната страна на TEG. Това позволява топлината да се разпределя по -правилно и ще направи разсейването на отпадната топлина от хладната страна по -лесно от плътен алуминиев блок

Бъдещи приложения на тази технология В момента TEGs се намират предимно в (екологично чисти) технически продукти като средство за използване на отпадъчна топлина за енергия. В бъдеще тази технология има потенциал за много повече. Едно интересно направление за проектиране на осветителни продукти е това за носене. Използването на топлина на тялото може да доведе до светлини без батерии, които лесно се монтират в облеклото или върху тялото. Тази технология може да се приложи и при самозадвижващи се сензори, за да позволи продукти за мониторинг на годността в по -универсални пакети от всякога. (Evident Thermoelectrics, 2016).

Стъпка 7: Заключение

В заключение, колкото и обещаваща да изглежда технологията, системата изисква активно охлаждане и постоянен източник на топлина, за да осигури равномерен поток от електрически заряд (в нашия случай постоянна светлина). Докато нашата настройка позволяваше бързо охлаждане на радиаторите с помощта на хладилник, този експеримент би бил доста труден за възпроизвеждане без външно електричество; светлината щеше да е мъртва, когато положителната и отрицателната страна достигнат същата температура. Въпреки че технологията не е особено приложима в момента, интересно е да се види къде ще отиде, като се има предвид постоянният поток от нови и иновативни технологии и материали.