Valgus soojusenergiast alla 5 dollari: 7 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:50

Oleme Hollandis kaks tööstusdisaini tudengit ja see on tehnoloogia kiire uurimine osana alamkursusest Technology for Concept Design. Tööstusdisainerina on kasulik osata metoodiliselt analüüsida tehnoloogiaid ja omandada neist sügavam arusaam, et teha hästi põhjendatud otsus konkreetse tehnoloogia rakendamiseks kontseptsioonides.

Selle juhendi puhul oleme huvitatud sellest, kui tõhusad ja odavad võivad olla TEG-moodulid ning kas need on elujõulised võimalused välistarvikute (nt elektripangad või taskulambid) laadimiseks näiteks lõkkega. Vastupidiselt akutoitele saame tulega soojusenergiat teha kõikjal kõrbes.

Praktilise rakendamise

Uurisime TEG -de kasutamist akude laadimiseks ja LED -tulede toiteks. Kujutame ette TEG -moodulite kasutamist näiteks taskulambi laadimiseks lõkke ääres, et see oleks võrguenergiast sõltumatu.

Meie uurimine keskendub odavatele lahendustele, mille leidsime Hiina veebimüüjatelt. Praegu on TEG -mooduleid sellises praktilises rakenduses raske soovitada, kuna neil on lihtsalt liiga väike väljundvõimsus. Kuigi tänapäeval on turul väga tõhusaid TEG -mooduleid, ei muuda nende hind neid tegelikult väikesteks tarbekaupadeks nagu taskulamp.

Samm: osad ja tööriistad

Osad

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

-Teeküünlad

-Leivalaud

-punane LED

-Mõned juhtmed

-Jahutuskrohv/ termopasta

-Metallijäätmed/jahutusradiaator (alumiinium)

Tööriistad

-Mingi termomeeter

-Jootekolb

-(digitaalne) multimeeter

-Heledam

-Small Vise (või muu ese, mis võimaldab selle alla teeküünlaid panna)

2. etapp: tööpõhimõte ja hüpotees

Kuidas see töötab?

Lihtsalt öeldes muudab TEG (termoelektriline generaator) soojuse elektriväljundiks. Üks pool tuleb kuumutada ja teine pool jahutada (meie puhul tuleb tekstiga külg jahutada). Temperatuuri erinevus ülemisel ja alumisel küljel põhjustab mõlema plaadi elektronidel erineva energiataseme (potentsiaalne erinevus), mis omakorda tekitab elektrivoolu. Seda nähtust kirjeldab Seebecki efekt. See tähendab ka seda, et kui temperatuurid mõlemal küljel muutuvad võrdseks, ei teki elektrivoolu.

Nagu mainitud, on uurimiseks valitud termoelektrilised generaatorid. Kasutame tüüpi SP1848-27145, mille hind on alla kolme euro ühiku kohta (koos saatmisega). Oleme teadlikud, et turul on kallimaid ja tõhusamaid lahendusi, kuid meid huvitas nende „odavate” TEG -de potentsiaal.

Hüpotees

Veebisaidil, kus TEG -mooduleid müüdi, oli julgeid väiteid elektrienergia muundamise tõhususe kohta. Nende väidete uurimisel teeme hiljem väikese tiiru.

Samm: ettevalmistamine ja kokkupanek

Samm: Lihtne jahutusradiaator valmistati töökojast leitud alumiiniumist osade abil, mis kinnitati termopasta abil TEG -mooduli külge. Kuid ka muud metallid, nagu vask, messing või segamine, töötavad selle seadistuse jaoks piisavalt.

2. etapp: Järgmine samm hõlmab esimese TEG -i negatiivse juhtme jootmist teise TEG -i positiivseks juhtmeks, see tagab elektrivoolu jada (see tähendab, et kahe TEG -i väljund liidetakse). Meie seadistusega olime saadaval ainult umbes 1,1 volti TEG kohta. See tähendab, et punase LED -i süttimiseks vajaliku 1,8 volti saavutamiseks lisati teine TEG.

Samm: ühendage esimese TEG punane (positiivne) ja teise TEG musta (negatiivne) juhe vastavatesse kohtadesse leivaplaadiga.

Samm: asetage leivaplaadile punane LED (pidage meeles: pikem jalg on positiivne külg).

5. samm: viimane samm on lihtne*, süüdake küünlad ja asetage TEG -moodulid leegi peale. Soovite TEG -de peale panemiseks kasutada midagi tugevat. See hoiab neid leegiga otsesest kontaktist eemal, sel juhul kasutati kruustang.

Kuna see on lihtne test, pole me kulutanud palju aega nõuetekohaste korpuste või jahutuse valmistamiseks. Järjepidevate tulemuste tagamiseks oleme veendunud, et TEG paigutati testimiseks teeküünlast võrdsele kaugusele.

*Katse kordamisel on soovitatav panna jahutusradiaatorid jahutamiseks külmkappi või sügavkülmikusse. Enne seda eemaldage need kindlasti leivaplaadilt.

4. samm: seadistamine

Esialgne testimine

Meie esialgne test oli kiire ja räpane. Asetasime TEG -mooduli teetule kohale ja jahutasime TEG -i „külma otsa“, kasutades teeküünla alumiiniumist korpust ja jääkuubikut. Meie termomeeter (vasakul) asetati väikesesse klambrisse (üleval paremal), et mõõta TEG -i ülaosa temperatuuri.

Kordused lõplikuks testiks

Viimase testi jaoks tegime seadistuses mitmeid muudatusi, et tagada usaldusväärsem tulemus. Esiteks vahetasime jääkülma vee passiivse jahutuse vastu, kasutades suuremat alumiiniumploki, see peegeldab potentsiaalset rakendamist. Soovitud tulemuse saavutamiseks lisati ka teine TEG, milleks oli punase LED -i süttimine.

5. samm: tulemused

Kirjeldatud seadistust kasutades süttib punane LED!

Kui võimas on üks TEG?

Tootja väidab, et 100 -kraadise temperatuurivahe korral võib TEG toota avatud vooluahela pinget kuni 4,8 V voolul 669 mA. Võimsusvalemit P = I * V kasutades arvutatakse, et see oleks ligikaudu 3,2 vatti.

Asusime vaatama, kui lähedale me nendele väidetele jõuame. Mõõdetuna TEG allosas umbes 250 kraadi Celsiuse järgi ja ülemises otsas 100 kraadi lähedal, näitab katse tootja väidetega võrreldes üsna suurt erinevust. Pinge seisab umbes 0,9 volti ja 150 mA ümber, mis võrdub 0,135 vatti.

6. samm: arutelu

Meie katse jätab meile hea mulje nende TEG -de potentsiaalist, kuna võime üsna kindlalt öelda, et nende väljund on lõbutsemiseks ja katsetamiseks korralik, kuid nende süsteemide nõuetekohaseks jahutamiseks ja püsiva energiaallika loomiseks vajalik füüsika on pole kaugeltki teostatav reaalses maailmas, võrreldes teiste võimalike võrguväliste lahendustega, nagu päikeseenergia.

Kindlasti on koht TEG -dele ja idee taskulambi toiteks lõkke kasutamiseks tundub saavutatav; me oleme termodünaamika seaduste tõttu lihtsalt tugevalt piiratud. Kuna temperatuurivahe tuleb saavutada, vajab TEG üks pool (aktiivset) jahutamist ja teine pidevat soojusallikat. Viimane ei ole lõkke puhul probleem, kuid jahutus peab olema nii tõhus, et oleks vaja aktiivset jahutuslahendust ja seda on raske saavutada. Kui arvestada nende lahenduste toimimiseks vajalikku helitugevust, on olemasoleva akutehnoloogiaga võrreldes palju loogilisem valida lampide toiteks aku.

Parandused

Tulevaste katsete jaoks on soovitatav hankida korralikud jahutusradiaatorid (näiteks purunenud arvutist) ja rakendada neid nii TEG kuumal kui ka jahedal küljel. See võimaldab soojust paremini jaotada ja muudab jahedal küljel tekkiva heitsoojuse kergemaks hajumiseks kui tahke alumiiniumplokk

Selle tehnoloogia tulevased rakendused Praegu leidub TEG -sid peamiselt (keskkonnasõbralikes) tehnilistes toodetes, et kasutada ära heitsoojust energiaks. Tulevikus on sellel tehnoloogial palju rohkem potentsiaali. Valgustustoodete kujundamise üks huvitav suund on kantavad. Kehasoojuse ärakasutamine võib põhjustada patareivabu tulesid, mis on kergesti riietesse või kehale paigaldatavad. Seda tehnoloogiat saab kasutada ka isetoitevates andurites, et võimaldada sobivuse jälgimise tooteid mitmekülgsemates pakettides kui kunagi varem. (Evident Thermoelectrics, 2016).

Samm 7: Järeldus

Kokkuvõtteks võib öelda, et nii paljutõotav kui tehnoloogia tundub, vajab süsteem aktiivset jahutust ja pidevat soojusallikat, et kindlustada ühtlane elektrilaeng (meie puhul pidev valgus). Kuigi meie seadistus võimaldas jahutite kiiret jahutamist külmkapi abil, oleks seda katset ilma välise elektrita üsna raske reprodutseerida; valgus oleks juba surnud, kui positiivsed ja negatiivsed küljed saavutavad sama temperatuuri. Kuigi see tehnoloogia pole praegu eriti rakendatav, on huvitav näha, kuhu see läheb, arvestades uute ja uuenduslike tehnoloogiate ja materjalide pidevat voogu.