Lys fra varmeenergi for under $ 5: 7 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

Vi er to industridesignstudenter i Nederland, og dette er en rask teknologiutforskning som en del av underkurset Technology for Concept Design. Som industridesigner er det nyttig å metodisk kunne analysere teknologier og få en dypere forståelse av dem for å ta en velbegrunnet beslutning for implementering av en bestemt teknologi i konsepter.

Når det gjelder denne instruksen, er vi interessert i å se hvor effektive og rimelige TEG-moduler kan være, og om de er et levedyktig alternativ for lading av utendørs tilbehør som strømbanker eller lommelykter med for eksempel bål. I motsetning til batteristrøm er varmeenergi ved brann noe vi kan lage hvor som helst i villmarken.

Praktisk anvendelse

Vi undersøkte bruken av TEG for lading av batterier og forsyning av LED -lys. Vi ser for oss bruk av TEG -moduler for for eksempel å lade en lommelykt ved bålet slik at den kan være uavhengig av nettenergi.

Undersøkelsen vår fokuserer på rimelige løsninger vi fant på kinesiske nettbutikker. For øyeblikket er det vanskelig å anbefale TEG -moduler i en så praktisk applikasjon ettersom de ganske enkelt har for lite effekt. Selv om det er svært effektive TEG -moduler på markedet i dag, gjør prisen deres dem egentlig ikke til et alternativ for små forbrukerprodukter som en lommelykt.

Trinn 1: Deler og verktøy

Deler

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

-Telys

-Brødbrett

-Rød LED

-Noen ledninger

-Kjøleribbe gips/ termisk pasta

-Skrap metall/kjøleribbe (aluminium)

Verktøy

-Termometer av noe slag

-Loddejern

-(digitalt multimeter

-Lighter

-Small Vise (eller et annet objekt som lar deg sette telys under det)

Trinn 2: Arbeidsprinsipp og hypotese

Hvordan virker det?

Enkelt sagt, en TEG (termoelektrisk generator) konverterer varme til en elektrisk utgang. Den ene siden må varmes opp og den andre siden må avkjøles (i vårt tilfelle må siden med tekst avkjøles). Temperaturforskjellen over øvre og nedre side vil føre til at elektronene i begge platene har forskjellige energinivåer (en potensialforskjell), noe som igjen skaper en elektrisk strøm. Dette fenomenet er beskrevet av Seebeck -effekten. Det betyr også at når temperaturen på begge sider blir like, vil det ikke være elektrisk strøm.

Som nevnt har termoelektriske generatorer blitt valgt å utforske. Vi bruker en type SP1848-27145 med en pris på under tre euro per enhet (inkludert frakt). Vi er klar over at det finnes dyrere og effektive løsninger på markedet, men vi var interessert i potensialet til disse "billige" TEG -ene.

Hypotese

Nettstedet som solgte TEG -modulene hadde, som føltes som, dristige påstander om effektiviteten for å konvertere elektrisk energi. Vi vil ta en liten omvei senere for å utforske disse påstandene.

Trinn 3: Forberedelse og montering

Trinn 1: En enkel kjøleribbe ble laget ved bruk av skrapaluminiumdeler som ble funnet på verkstedet, disse ble festet til TEG -modulen ved hjelp av termisk pasta. Imidlertid vil andre metaller som kobber, messing eller messing også fungere tilstrekkelig for dette oppsettet.

Trinn 2: Det neste trinnet innebærer lodding av den første TEGs negative ledning til den andre TEGs positive ledning, dette sikrer at den elektriske strømmen vil være i serie (noe som betyr at utgangen til de to TEGene blir lagt sammen). Med vårt oppsett var vi bare tilgjengelige for å generere omtrent 1,1 volt per TEG. Dette betyr at for å nå de 1,8 volt som trengs for å tenne en rød LED, ble en ekstra TEG lagt til.

Trinn 3: Koble den røde (positive) ledningen til den første TEG og den svarte (negative) ledningen til den andre TEG til brødbrettet på sine respektive steder.

Trinn 4: Plasser en rød LED på brødbrettet (husk: det lengre benet er den positive siden).

Trinn 5: Det siste trinnet er enkelt*, tenn lysene og legg TEG -modulene oppå flammen. Du vil bruke noe solid å sette TEG -ene på. Dette holder dem ute av direkte kontakt med flammen, i dette tilfellet ble det brukt en skrustikke.

Fordi dette er en enkel test, har vi ikke brukt mye tid på å lage riktige skap eller kjøling. For å sikre konsistente resultater har vi sørget for at TEG var plassert like langt fra telyset for testing.

*Når du prøver å gjenta forsøket, anbefales det å plassere TEG -ene med kjøleribbe i kjøleskap eller fryser for å kjøle dem ned. Sørg for å fjerne dem fra brødbrettet før du gjør det.

Trinn 4: Oppsett

Innledende testing

Vår første test var rask og skitten. Vi plasserte TEG -modulen over et telys og avkjølte den "kalde enden" av TEG ved hjelp av aluminiumskapslingen til en telys og en isbit. Vårt termometer (til venstre) ble plassert i en liten klemme (øverst til høyre) for å måle temperaturen på toppen av TEG.

Iterasjoner for siste test

For vår siste test gjorde vi flere endringer i oppsettet for å sikre et mer pålitelig resultat. For det første byttet vi iskaldt vann for en passiv avkjøling ved å bruke en større blokk av aluminium, noe som gjenspeiler den potensielle implementeringen nærmere. Også en andre TEG ble lagt til for å oppnå ønsket resultat, som var å tenne den røde LED -en.

Trinn 5: Resultater

Når du bruker det beskrevne oppsettet, tennes en rød LED!

Hvor kraftig er en TEG?

Produsenten hevder at TEG kan produsere en åpen kretsspenning på opptil 4,8V ved en strøm på 669mA når den utsettes for en 100 graders temperaturforskjell. Ved å bruke effektformelen P = I * V, beregnes det at dette vil være omtrent 3,2 watt.

Vi satte oss for å se hvor nærme vi disse påstandene. Målingen rundt 250 grader celsius på bunnen av TEG og nær 100 grader i den øvre enden, viser eksperimentet en ganske forskjell i forhold til produsentens påstander. Spenningen stagnerer rundt 0,9 volt og 150 mA, som er lik 0,135 watt.

Trinn 6: Diskusjon

Eksperimentet vårt gir oss et godt inntrykk av potensialet til disse TEG -ene, ettersom vi ganske kan si at produksjonen deres er anstendig for litt moro og eksperimentering, men at fysikken som er involvert for å avkjøle disse systemene på riktig måte og generere en stabil energikilde er langt fra mulig for en real implementering, sammenlignet med andre mulige off-grid løsninger som solenergi.

Det er definitivt et sted for TEGs, og ideen om å bruke et bål for å drive en lommelykt virker oppnåelig; vi er bare sterkt begrenset på grunn av lovene i termodynamikk. Fordi en temperaturforskjell må oppnås, trenger den ene siden av TEG (aktiv) kjøling og den andre trenger en konstant varmekilde. Sistnevnte er ikke et problem når det gjelder bål, men kjøling må være så effektiv at en aktiv kjøleløsning vil være nødvendig, og dette er vanskelig å oppnå. Når man vurderer volumet som trengs for å få disse løsningene til å fungere, sammenlignet med eksisterende batteriteknologi, er det langt mer logisk å velge et batteri for å slå på lys.

Forbedringer

For fremtidige eksperimenter vil det bli anbefalt å skaffe seg riktige kjøleribber (for eksempel fra en ødelagt datamaskin) og bruke dem på både den varme og kule siden av TEG. Dette gjør at varmen kan fordeles mer riktig og gjør at spillvarmen på den kjølige siden spres lettere enn en solid blokk av aluminium

Fremtidige anvendelser av denne teknologien For øyeblikket finnes TEG først og fremst i (miljøvennlige) tekniske produkter som et middel for å utnytte spillvarme til energi. I fremtiden har denne teknologien potensial for mye mer. En interessant retning for design av belysningsprodukter er den av wearables. Utnyttelse av kroppsvarme kan føre til batteriløse lys som lett kan monteres i klær eller på kroppen. Denne teknologien kan også brukes i selvdrevne sensorer for å tillate fitness -overvåkningsprodukter i mer allsidige pakker enn noensinne. (Tydelig termoelektrikk, 2016).

Trinn 7: Konklusjon

Avslutningsvis, så lovende som teknologien virker, krever systemet en aktiv kjøling og en konstant varmekilde for å sikre en jevn strøm av elektrisk ladning (i vårt tilfelle vedvarende lys). Selv om oppsettet vårt muliggjorde rask avkjøling av kjøleribber ved bruk av kjøleskap, hadde dette eksperimentet vært ganske vanskelig å reprodusere uten ekstern elektrisitet. lyset ville ha vært dødt da de positive og negative sidene nådde samme temperatur. Selv om teknologien ikke er særlig anvendelig for øyeblikket, er det interessant å se hvor den vil gå med tanke på den konstante strømmen av nye og innovative teknologier og materialer.