Svetloba iz toplotne energije za manj kot 5 USD: 7 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Sva dva študenta industrijskega oblikovanja na Nizozemskem in to je hitro raziskovanje tehnologije kot del podpredmeta Tehnologija za konceptualno oblikovanje. Kot industrijski oblikovalec je koristno znati metodično analizirati tehnologije in jih bolje razumeti ter sprejeti utemeljeno odločitev za implementacijo določenih tehnologij v koncepte.

V primeru tega poučevanja nas zanima, kako učinkoviti in poceni so lahko moduli TEG in ali so izvedljiva možnost za polnjenje zunanje opreme, kot so napajalniki ali svetilke, na primer z ognjem. V nasprotju z baterijo lahko toplotno energijo z ognjem naredimo kjer koli v puščavi.

Praktična uporaba

Raziskovali smo uporabo TEG za polnjenje baterij in napajanje LED luči. Predvidevamo uporabo modulov TEG za na primer polnjenje svetilke pri tabornem ognju, tako da je lahko neodvisna od energije omrežja.

Naša preiskava se osredotoča na poceni rešitve, ki smo jih našli pri kitajskih spletnih prodajalcih. Trenutno je težko priporočiti module TEG v tako praktični uporabi, saj imajo preprosto premalo izhodne moči. Čeprav so na trgu danes zelo učinkoviti moduli TEG, njihova cena v resnici ne pomeni možnosti za majhne potrošniške izdelke, kot je svetilka.

Korak: Deli in orodja

Deli

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

-Mojke

-lesena deska

-Rdeča LED

-Nekatere žice

-Omet hladilnika/ termalna pasta

-Narezana kovina/hladilnik (aluminij)

Orodja

-Nekakšen termometer

-spajkalnik

-(digitalni) multimeter

-Lažji

-Mala Vise (ali drug predmet, ki vam omogoča, da pod njo postavite svetilke)

2. korak: Načelo delovanja in hipoteza

Kako deluje?

Preprosto povedano, TEG (termoelektrični generator) pretvarja toploto v električno moč. Eno stran je treba segreti, drugo stran pa ohladiti (v našem primeru je treba stran z besedilom ohladiti). Temperaturna razlika na zgornji in spodnji strani bo povzročila, da imajo elektroni v obeh ploščah različne ravni energije (potencialna razlika), kar posledično ustvarja električni tok. Ta pojav je opisan z Seebeckovim učinkom. Pomeni tudi, da ko temperature na obeh straneh postanejo enake, električnega toka ne bo.

Kot že omenjeno, so bili za raziskovanje izbrani termoelektrični generatorji. Uporabljamo tip SP1848-27145 s stroški pod tremi evri na enoto (vključno s pošiljanjem). Zavedamo se, da so na trgu dražje in učinkovitejše rešitve, vendar nas je zanimal potencial teh 'poceni' TEG.

Hipoteza

Spletno mesto, ki je prodajalo module TEG, je imelo drzne trditve o učinkovitosti pretvorbe električne energije. Kasneje bomo pri raziskovanju teh trditev naredili majhen ovinek.

3. korak: Priprava in montaža

1. korak: Enostaven hladilnik je bil izdelan z uporabo odpadnih aluminijastih delov, najdenih v delavnici, ki so bili pritrjeni na modul TEG s pomočjo termične paste. Vendar pa bodo za to nastavitev dovolj delovale tudi druge kovine, kot so baker, medenina ali mešanica.

2. korak: Naslednji korak vključuje spajkanje negativnega vodila prvega TEG na pozitivno vodilo drugega TEG, kar zagotavlja, da bo električni tok zaporeden (kar pomeni, da se bo izhod dveh TEG sešteval). Z našo nastavitvijo smo lahko proizvedli le 1,1 volta na TEG. To pomeni, da je bil za dosego 1,8 voltov, potrebnih za prižiganje rdeče LED, dodan drugi TEG.

3. korak: Priključite rdečo (pozitivno) žico prvega TEG in črno (negativno) žico drugega TEG na ploščo na ustreznih mestih.

4. korak: Na mizo postavite rdečo LED (ne pozabite: daljša noga je pozitivna stran).

5. korak: Zadnji korak je preprost*, prižgite sveče in položite module TEG na plamen. Če želite postaviti TEG na vrh, uporabite nekaj trdnega. To preprečuje neposreden stik z ognjem, v tem primeru je bil uporabljen primež.

Ker je to preprost test, nismo porabili veliko časa za izdelavo ustreznih ohišij ali hlajenje. Da bi zagotovili dosledne rezultate, smo poskrbeli, da je bil TEG nameščen na enaki razdalji od čajne svečke za testiranje.

*Ko poskušate ponoviti poskus, je priporočljivo, da TEG s hladilnikom postavite v hladilnik ali zamrzovalnik, da se ohladijo. Pred tem jih odstranite z mize.

4. korak: Nastavitev

Začetno testiranje

Naš prvi test je bil hiter in umazan. Modul TEG smo postavili nad čajno lučko in ohladili 'hladni konec' TEG -a z aluminijastim ohišjem čajne lučke in ledeno kocko. Naš termometer (levo) smo postavili v majhno sponko (zgoraj desno) za merjenje temperature na vrhu TEG.

Iteracije za zadnji test

Za zadnji test smo naredili več sprememb v nastavitvi, da zagotovimo zanesljivejši rezultat. Najprej smo ledeno mrzlo vodo zamenjali za pasivno hlajenje z uporabo večjega aluminijastega bloka, kar natančneje odraža možno izvedbo. Za dosego želenega rezultata je bil dodan tudi drugi TEG, ki naj bi prižgal rdečo LED.

5. korak: Rezultati

Z uporabo opisane nastavitve zasveti rdeča LED!

Kako močan je en TEG?

Proizvajalec trdi, da lahko TEG pri 100 -stopinjski temperaturni razliki proizvede napetost odprtega tokokroga do 4,8 V pri toku 669 mA. Z uporabo formule moči P = I * V se izračuna, da bi to bilo približno 3,2 vata.

Odločili smo se preveriti, kako blizu bi lahko prišli do teh trditev. Merjenje okoli 250 stopinj Celzija na dnu TEG in blizu 100 stopinj na zgornjem koncu, poskus kaže precej razliko v primerjavi s trditvami proizvajalca. Napetost stagnira okoli 0,9 volta in 150 mA, kar je enako 0,135 vatov.

6. korak: Pogovor

Naš poskus nam daje dober vtis o potencialu teh TEG -jev, saj lahko pošteno rečemo, da je njihov rezultat primeren za malce zabave in eksperimentiranja, toda fizika, ki je potrebna za pravilno hlajenje teh sistemov in ustvarjanje stalnega vira energije, je daleč od izvedljivega v realnem svetu v primerjavi z drugimi možnimi rešitvami zunaj omrežja, kot je sončna energija.

Za TEG -je vsekakor obstaja prostor in zamisel o uporabi tabornega ognja za napajanje svetilke se mi zdi uresničljiva; zaradi zakonov termodinamike smo le močno omejeni. Ker je treba doseči temperaturno razliko, potrebuje ena stran TEG (aktivno) hlajenje, druga pa stalen vir toplote. Slednje v primeru tabornega ognja ni problem, vendar mora biti hlajenje tako učinkovito, da bo potrebna aktivna hladilna rešitev, kar je težko doseči. Ko razmišljamo o količini, ki je potrebna za delovanje teh rešitev, je v primerjavi z obstoječo baterijsko tehnologijo veliko bolj logično izbrati baterijo za napajanje luči.

Izboljšave

Za prihodnje poskuse bi bilo priporočljivo, da si priskrbite ustrezne hladilnike (na primer iz pokvarjenega računalnika) in jih uporabite na vroči in hladni strani TEG. To omogoča bolj pravilno porazdelitev toplote in olajša odvajanje odpadne toplote na hladni strani kot trden aluminijast blok

Prihodnje uporabe te tehnologije Trenutno TEG najdemo predvsem v (okolju prijaznih) tehničnih izdelkih kot sredstvo za izkoriščanje odpadne toplote za pridobivanje energije. V prihodnosti ima ta tehnologija potencial za veliko več. Zanimiva smer oblikovanja svetlobnih izdelkov je smer nošenja. Izkoriščanje telesne toplote bi lahko povzročilo luči brez baterij, ki jih je enostavno namestiti v oblačila ali na telo. To tehnologijo bi lahko uporabili tudi pri senzorjih s samodejnim napajanjem, da bi omogočili izdelke za spremljanje telesne pripravljenosti v bolj vsestranskih paketih kot kdaj koli prej. (Evidentna termoelektrika, 2016).

7. korak: Zaključek

Skratka, čeprav se zdi tehnologija obetavna, sistem zahteva aktivno hlajenje in stalen vir toplote, da se zagotovi enakomeren tok električnega naboja (v našem primeru trajna svetloba). Čeprav je naša nastavitev omogočala hitro hlajenje hladilnikov s hladilnikom, bi bil ta poskus precej težko ponoviti brez zunanje električne energije; svetloba bi bila mrtva, ko pozitivna in negativna stran dosežeta enako temperaturo. Čeprav tehnologija trenutno ni zelo uporabna, je zanimivo videti, kam bo šla, glede na stalen tok novih in inovativnih tehnologij in materialov.