Šviesa nuo šilumos energijos mažiau nei 5 USD: 7 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:49

Mes esame du pramoninio dizaino studentai Nyderlanduose, ir tai yra greitas technologijų tyrimas, kaip dalis „Technology for Concept Design“kurso. Kaip pramonės dizaineriui naudinga mokėti metodiškai analizuoti technologijas ir giliau jas suprasti, kad būtų priimtas pagrįstas sprendimas dėl konkrečių technologijų diegimo koncepcijose.

Šios pamokos atveju mums įdomu sužinoti, kokie gali būti efektyvūs ir nebrangūs TEG moduliai, ir ar jie yra perspektyvi galimybė įkrauti lauko priedus, tokius kaip maitinimo blokai ar žibintuvėliai, pavyzdžiui, prie laužo. Priešingai nei baterijos energija, ugnies šiluma yra tai, ką galime pagaminti bet kur dykumoje.

Praktinis pritaikymas

Mes tyrėme TEG naudojimą baterijoms įkrauti ir LED lemputėms maitinti. Mes įsivaizduojame naudoti TEG modulius, pavyzdžiui, įkrauti žibintuvėlį prie laužo, kad jis būtų nepriklausomas nuo tinklo energijos.

Mūsų tyrimas sutelktas į pigius sprendimus, kuriuos radome Kinijos internetiniuose mažmenininkuose. Šiuo metu sunku rekomenduoti TEG modulius tokiam praktiškam pritaikymui, nes jie tiesiog turi per mažai galios. Nors šiandien rinkoje yra labai efektyvių TEG modulių, jų kaina tikrai neprilygsta mažų plataus vartojimo prekių, tokių kaip žibintuvėlis, pasirinkimui.

1 žingsnis: dalys ir įrankiai

Dalys

Termoelektrinis modulis (TEG) 40x40mm (SP1848 27145 SA) rmmds = paieška & cur_warehouse = CN

-Šviesos

-Bandomoji Lenta

-raudonas šviesos diodas

-Kai kurie laidai

-radiatorių tinkas/ termo pasta

-metalo laužas/šilumos kriauklė (aliuminis)

Įrankiai

-Kažkoks termometras

-Lituoklis

-(skaitmeninis) multimetras

-Lengvesnis

-Mažas „Vise“(ar kitas objektas, leidžiantis po juo uždėti žvakutes)

2 žingsnis: darbo principas ir hipotezė

Kaip tai veikia?

Paprasčiau tariant, TEG (termoelektrinis generatorius) šilumą paverčia elektros energija. Vieną pusę reikia šildyti, o kitą - atvėsinti (mūsų atveju turi būti atvėsinta pusė su tekstu). Dėl temperatūros skirtumo viršutinėje ir apatinėje pusėse abiejų plokščių elektronai turės skirtingą energijos lygį (potencialų skirtumas), o tai savo ruožtu sukuria elektros srovę. Šį reiškinį apibūdina Seebecko efektas. Tai taip pat reiškia, kad kai temperatūra abiejose pusėse taps vienoda, nebus elektros srovės.

Kaip minėta, buvo ištirti termoelektriniai generatoriai. Mes naudojame SP1848-27145 tipą, kurio vieneto kaina yra mažesnė nei 3 eurai (įskaitant siuntimą). Mes žinome, kad rinkoje yra brangesnių ir efektyvesnių sprendimų, tačiau mus domino šių „pigių“TEG potencialas.

Hipotezė

Svetainė, kurioje buvo parduodami TEG moduliai, turėjo drąsių teiginių apie elektros energijos konvertavimo efektyvumą. Vėliau, tyrinėdami šiuos teiginius, padarysime nedidelį apvažiavimą.

3 žingsnis: paruošimas ir surinkimas

1 žingsnis: Paprastas radiatorius buvo pagamintas naudojant dirbtuvėse esančias aliuminio dalis, kurios buvo pritvirtintos prie TEG modulio naudojant terminę pastą. Tačiau kiti metalai, tokie kaip varis, žalvaris ar netvarka, taip pat veiks tinkamai.

2 žingsnis: Kitas žingsnis apima pirmojo TEG neigiamo laido litavimą prie teigiamo antrojo TEG, tai užtikrina, kad elektros srovė bus nuosekli (tai reiškia, kad dviejų TEG išvestis bus sudėta). Atlikę sąranką, mes galėjome generuoti tik apie 1,1 volto vienam TEG. Tai reiškia, kad norint pasiekti 1,8 volto, reikalingo raudonam šviesos diodui uždegti, buvo pridėtas antrasis TEG.

3 žingsnis: Prijunkite raudoną (teigiamą) pirmojo TEG laidą ir juodą (neigiamą) antrojo TEG laidą prie duonos lentos atitinkamose vietose.

4 žingsnis: uždėkite raudoną šviesos diodą ant duonos lentos (atminkite: ilgesnė koja yra teigiama pusė).

5 žingsnis: Paskutinis veiksmas yra paprastas*, uždegkite žvakes ir uždėkite TEG modulius ant liepsnos. Norite naudoti ką nors tvirto, kad uždėtumėte TEG. Tai apsaugo juos nuo tiesioginio kontakto su liepsna, šiuo atveju buvo naudojamas vise.

Kadangi tai paprastas bandymas, mes neskyrėme daug laiko tinkamiems gaubtams ar aušinimui. Siekdami užtikrinti nuoseklius rezultatus, bandymui įsitikinome, kad TEG buvo išdėstytas vienodu atstumu nuo žvakių.

*Bandant pakartoti eksperimentą, patariama TEG su radiatoriumi įdėti į šaldytuvą arba šaldiklį, kad jie atvėstų. Prieš tai darydami būtinai išimkite juos iš duonos lentos.

4 žingsnis: sąranka

Pradinis bandymas

Mūsų pradinis testas buvo greitas ir purvinas. Mes uždėjome TEG modulį virš arbatos žibinto ir atvėsinome „šaltą“TEG galą, naudodami aliuminį arbatos žibinto korpusą ir ledo kubelį. Mūsų termometras (kairėje) buvo įdėtas į mažą spaustuką (viršuje dešinėje), kad būtų galima išmatuoti TEG viršaus temperatūrą.

Pasikartojimai galutiniam bandymui

Paskutiniam bandymui atlikome keletą sąrankos pakeitimų, kad užtikrintume patikimesnį rezultatą. Pirmiausia ledo šaltą vandenį pakeitėme pasyviu aušinimu, naudodami didesnį aliuminio bloką, tai labiau atspindi galimą įgyvendinimą. Taip pat buvo pridėta antroji TEG, kad būtų pasiektas norimas rezultatas - raudonas šviesos diodas.

5 žingsnis: Rezultatai

Naudojant aprašytą sąranką užsidegs raudonas šviesos diodas!

Kiek galingas yra vienas TEG?

Gamintojas teigia, kad esant 100 laipsnių temperatūrai TEG gali sukurti atviros grandinės įtampą iki 4,8 V esant 669 mA srovei. Naudojant galios formulę P = I * V, apskaičiuojama, kad tai būtų maždaug 3,2 vatai.

Mes nusprendėme išsiaiškinti, kaip arti galime priartėti prie šių teiginių. Matuojant apie 250 laipsnių Celsijaus TEG apačioje ir beveik 100 laipsnių viršutiniame gale, eksperimentas rodo gana skirtumą, palyginti su gamintojo teiginiais. Įtampa sustingsta apie 0,9 volto ir 150 mA, o tai yra lygu 0,135 vatams.

6 žingsnis: diskusija

Mūsų eksperimentas suteikia mums gerą įspūdį apie šių TEG potencialą, nes galime tvirtai pasakyti, kad jų produkcija yra tinkama linksmybėms ir eksperimentams, tačiau fizika, skirta tinkamai atvėsinti šias sistemas ir generuoti pastovų energijos šaltinį toli gražu neįmanomas realiam įgyvendinimui, palyginti su kitais galimais ne tinklo sprendimais, tokiais kaip saulės energija.

Tikrai yra vieta TEG, o idėja panaudoti židinio žibintuvėlio maitinimo laužą atrodo įgyvendinama; mes tiesiog labai apriboti dėl termodinamikos dėsnių. Kadangi reikia pasiekti temperatūrų skirtumą, vienoje TEG pusėje reikia (aktyvaus) aušinimo, o kitoje - pastovus šilumos šaltinis. Pastaroji nėra problema laužo atveju, tačiau aušinimas turi būti toks efektyvus, kad reikės aktyvaus aušinimo tirpalo ir tai sunku pasiekti. Atsižvelgiant į garsumą, kurio reikia, kad šie sprendimai veiktų, palyginti su esama baterijų technologija, kur kas logiškiau pasirinkti akumuliatorių žibintams maitinti.

Patobulinimai

Tolesniems eksperimentams patartina įsigyti tinkamas radiatorius (pavyzdžiui, iš sugedusio kompiuterio) ir pritaikyti jas tiek karštoje, tiek vėsioje TEG pusėje. Tai leidžia tinkamai paskirstyti šilumą ir palengvina šalutinės šilumos išsiskyrimą vėsioje pusėje nei kietas aliuminio blokas

Būsimos šios technologijos taikymo galimybės Šiuo metu TEG daugiausia randama (aplinkai nekenksminguose) techniniuose produktuose kaip priemonei panaudoti šilumą energijai. Ateityje ši technologija turi daug daugiau galimybių. Viena įdomi apšvietimo gaminių dizaino kryptis yra nešiojamų daiktų kryptis. Pasinaudojus kūno šiluma, gali atsirasti lempučių be baterijų, kurios lengvai montuojamos drabužiuose ar ant kūno. Ši technologija taip pat gali būti taikoma savarankiškai maitinantiems jutikliams, kad būtų galima stebėti kūno rengybos produktus įvairesnėse pakuotėse nei bet kada anksčiau. („Evident Thermoelectrics“, 2016).

7 žingsnis: Išvada

Apibendrinant galima pasakyti, kad kaip ir daug žadanti technologija, sistemai reikalingas aktyvus aušinimas ir pastovus šilumos šaltinis, kad būtų užtikrintas tolygus elektros krūvio srautas (mūsų atveju - nuolatinė šviesa). Nors mūsų sąranka leido greitai atvėsinti radiatorius naudojant šaldytuvą, šį eksperimentą būtų buvę gana sunku atkurti be jokios išorinės elektros energijos; šviesa būtų mirusi, kai teigiama ir neigiama pusės pasieks tą pačią temperatūrą. Nors technologija šiuo metu nėra labai pritaikoma, įdomu pamatyti, kur ji pasieks, atsižvelgiant į nuolatinį naujų ir novatoriškų technologijų ir medžiagų srautą.