Lys fra varmeenergi til under $ 5: 7 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Vi er to industrielle designstuderende i Holland, og dette er en hurtig teknologiudforskning som en del af underkurset Technology for Concept Design. Som industriel designer er det nyttigt at være i stand til metodisk at analysere teknologier og få en dybere forståelse af dem for at træffe en velunderbygget beslutning om implementering af en bestemt teknologi i koncepter.

I tilfælde af dette instruerbare er vi interesserede i at se, hvor effektive og billige TEG-moduler kan være, og om de er en levedygtig mulighed for genopladning af udendørs tilbehør som powerbanker eller lommelygter med for eksempel et bål. I modsætning til batteristrøm er varmeenergi ved brand noget, vi kan lave overalt i ørkenen.

Praktisk ansøgning

Vi undersøgte brugen af TEG'er til opladning af batterier og strømforsyning af LED -lys. Vi forestiller os brugen af TEG -moduler til f.eks. At oplade en lommelygte ved lejrbålet, så den kan være uafhængig af netenergi.

Vores undersøgelse fokuserer på billige løsninger, vi fandt på kinesiske onlineforhandlere. I øjeblikket er det svært at anbefale TEG -moduler i en så praktisk anvendelse, da de simpelthen har for lidt effekt. Selvom der er meget effektive TEG -moduler på markedet i dag, gør deres pris dem ikke rigtig til en mulighed for små forbrugerprodukter som en lommelygte.

Trin 1: Dele og værktøjer

Dele

-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

-Brødbræt

-Rød LED

-Nogle ledninger

-Kølelegeme/ termisk pasta

-Skrot/kølelegeme (aluminium)

Værktøjer

-Termometer af en eller anden art

-Loddekolbe

-(digitalt) multimeter

-Lettere

-Lille Vise (eller et andet objekt, der giver dig mulighed for at sætte fyrfadslys under det)

Trin 2: Arbejdsprincip og hypotese

Hvordan virker det?

Kort sagt, en TEG (termoelektrisk generator) omdanner varme til en elektrisk effekt. Den ene side skal opvarmes, og den anden side skal afkøles (i vores tilfælde skal siden med tekst afkøles). Temperaturforskellen på tværs af toppen og undersiden får elektronerne i begge plader til at have forskellige energiniveauer (en potentialeforskel), hvilket igen skaber en elektrisk strøm. Dette fænomen er beskrevet af Seebeck -effekten. Det betyder også, at når temperaturerne på begge sider bliver ens, vil der ikke være nogen elektrisk strøm.

Som nævnt er termoelektriske generatorer valgt at undersøge. Vi bruger en type SP1848-27145 med en pris på under tre euro pr. Enhed (inklusive forsendelse). Vi er klar over, at der findes dyrere og mere effektive løsninger på markedet, men vi var interesserede i potentialet i disse 'billige' TEG'er.

Hypotese

Det websted, der solgte TEG -modulerne, havde, hvad der føltes som, dristige krav om effektiviteten til konvertering af elektrisk energi. Vi tager en lille omvej senere for at undersøge disse påstande.

Trin 3: Forberedelse og samling

Trin 1: En simpel kølelegeme blev lavet ved hjælp af skrotaluminiumdele fundet på værkstedet, disse blev fastgjort til TEG -modulet ved hjælp af termisk pasta. Andre metaller som kobber, messing eller messing fungerer imidlertid også tilstrækkeligt til denne opsætning.

Trin 2: Det næste trin indebærer lodning af det første TEGs negative bly til det andet TEGs positive afledning, dette sikrer, at den elektriske strøm vil være i serie (hvilket betyder, at output fra de to TEG'er vil blive optalt). Med vores setup var vi kun tilgængelige til at generere omkring 1,1 volt pr. TEG. Det betyder, at for at nå de 1,8 volt, der er nødvendige for at tænde en rød LED, blev der tilføjet en anden TEG.

Trin 3: Tilslut den røde (positive) ledning på den første TEG og den sorte (negative) ledning fra den anden TEG til brødbrættet på dens respektive steder.

Trin 4: Placer en rød LED på brødbrættet (husk: det længere ben er den positive side).

Trin 5: Det sidste trin er simpelt*, tænd stearinlysene og læg TEG -modulerne oven på flammen. Du vil bruge noget robust til at sætte TEG'erne oven på. Dette holder dem ude af direkte kontakt med flammen, i dette tilfælde blev der brugt en skruestik.

Fordi dette er en simpel test, har vi ikke brugt meget tid på at lave ordentlige kabinetter eller afkøling. For at sikre ensartede resultater har vi sørget for, at TEG var placeret lige langt fra fyrfadslys til test.

*Når du prøver at gentage forsøget, anbefales det at placere TEG'erne med køleplade i et køleskab eller en fryser for at afkøle dem. Sørg for at fjerne dem fra brødbrættet, før du gør det.

Trin 4: Opsætning

Indledende test

Vores første test var hurtig og beskidt. Vi anbragte TEG -modulet over et telys og afkølede TEGs 'kolde ende' ved hjælp af aluminiumskabinettet af en telys og en isterning. Vores termometer (til venstre) blev placeret i en lille klemme (øverst til højre) for at måle temperaturen på toppen af TEG.

Iterationer til sidste test

Til vores sidste test foretog vi flere ændringer i opsætningen for at sikre et mere pålideligt resultat. For det første ændrede vi det iskolde vand til en passiv køling ved hjælp af en større blok af aluminium, hvilket afspejler den potentielle implementering nærmere. Også en anden TEG blev tilføjet for at opnå det ønskede resultat, som var at tænde den røde LED.

Trin 5: Resultater

Ved hjælp af den beskrevne opsætning lyser en rød LED!

Hvor kraftig er en TEG?

Producenten hævder, at TEG kan producere en åben kredsløbsspænding på op til 4,8V ved en strøm på 669mA, når den udsættes for en 100 graders temperaturforskel. Ved hjælp af effektformlen P = I * V beregnes det, at dette ville være omtrent 3,2 watt.

Vi satte os for at se, hvor tæt vi kunne komme på disse påstande. Måling omkring 250 grader celsius i bunden af TEG og tæt på 100 grader i den øverste ende, viser eksperimentet en ganske stor forskel i forhold til producentens påstande. Spændingen stagnerer omkring 0,9 volt og 150 mA, hvilket er lig med 0,135 watt.

Trin 6: Diskussion

Vores eksperiment giver os et godt indtryk af potentialet i disse TEG'er, da vi med rimelighed kan sige, at deres output er anstændigt til lidt sjov og eksperimentering, men at fysikken involveret i korrekt afkøling af disse systemer og generering af en stabil energikilde er langt fra muligt for en real-implementering, sammenlignet med andre mulige off-grid-løsninger som solenergi.

Der er helt sikkert et sted for TEG'er, og tanken om at bruge et lejrbål til at tænde en lommelygte synes at være opnåelig; vi er bare stærkt begrænsede på grund af termodynamikkens love. Fordi der skal opnås en temperaturforskel, har den ene side af TEG brug for (aktiv) køling, og den anden har brug for en konstant varmekilde. Sidstnævnte er ikke et problem i tilfælde af et lejrbål, men køling skal være så effektiv, at der vil være behov for en aktiv køleløsning, og det er svært at opnå. Når man overvejer den mængde, der er nødvendig for at få disse løsninger til at fungere, i forhold til eksisterende batteriteknologi, er det langt mere logisk at vælge et batteri til at tænde lys.

Forbedringer

Til fremtidige eksperimenter anbefales det at anskaffe ordentlige køleplader (f.eks. Fra en ødelagt computer) og anvende dem på både den varme og kølige side af TEG. Dette gør det muligt for varmen at blive mere korrekt fordelt og vil gøre spildvarmen på den kølige side lettere at sprede end en solid blok af aluminium

Fremtidige anvendelser af denne teknologi I øjeblikket findes TEG'er primært i (miljøvenlige) tekniske produkter som et middel til at udnytte spildvarme til energi. I fremtiden har denne teknologi potentiale til meget mere. En interessant retning for design af belysningsprodukter er wearables. Udnyttelse af kropsvarme kan føre til batterifrie lys, der let kan monteres i tøj eller på kroppen. Denne teknologi kan også anvendes i selvdrevne sensorer for at muliggøre fitnessovervågningsprodukter i mere alsidige pakker end nogensinde før. (Tydelig termoelektrisk, 2016).

Trin 7: Konklusion

Afslutningsvis, så lovende som teknologien ser ud til, kræver systemet en aktiv køling og en konstant varmekilde for at sikre en jævn strøm af elektrisk ladning (i vores tilfælde vedvarende lys). Selvom vores setup muliggjorde hurtig afkøling af kølepladerne ved hjælp af et køleskab, ville dette eksperiment have været ret svært at gengive uden ekstern elektricitet; lyset ville have været dødt, da de positive og negative sider nåede den samme temperatur. Selvom teknologien ikke er særlig anvendelig i øjeblikket, er det interessant at se, hvor den vil tage hen i betragtning af den konstante strøm af nye og innovative teknologier og materialer.