Ljus från värmeenergi för under $ 5: 7 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Vi är två industridesignstudenter i Nederländerna, och detta är en snabb teknikutforskning som en del av delkursen Teknik för konceptdesign. Som industridesigner är det användbart att metodiskt kunna analysera teknik och få en djupare förståelse för dem för att fatta ett välunderbyggt beslut för implementering av en specifik teknik i koncept.

När det gäller detta instruerbara är vi intresserade av att se hur effektiva och billiga TEG-moduler kan vara, och om de är ett livskraftigt alternativ för att ladda utomhustillbehör som kraftbanker eller ficklampor med till exempel en lägereld. I motsats till batterikraft är värmeenergi genom eld något vi kan göra var som helst i vildmarken.

Praktisk applikation

Vi undersökte användningen av TEG för laddning av batterier och strömförsörjning av LED -lampor. Vi ser för oss att använda TEG -moduler för att till exempel ladda en ficklampa vid lägerelden så att den kan vara oberoende av elnät.

Vår undersökning fokuserar på billiga lösningar vi hittade på kinesiska onlinebutiker. För närvarande är det svårt att rekommendera TEG -moduler i en så praktisk tillämpning eftersom de helt enkelt har för lite effekt. Även om det finns mycket effektiva TEG -moduler på marknaden idag, gör deras pris dem inte riktigt till ett alternativ för små konsumentprodukter som en ficklampa.

Steg 1: Delar och verktyg

Delar

-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

-Värmeljus

-Bakbord

-Röd LED

-Vissa trådar

-Kylflänsgips/ termisk pasta

-Skrot/kylfläns (aluminium)

Verktyg

-Termometer av något slag

-Lödkolv

-(digital multimeter

-Lättare

-Small Vise (eller annat föremål som låter dig sätta värmeljus under det)

Steg 2: Arbetsprincip och hypotes

Hur fungerar det?

Enkelt uttryckt omvandlar en TEG (termoelektrisk generator) värme till en elektrisk effekt. Ena sidan måste värmas upp och den andra sidan måste kylas (i vårt fall måste sidan med text kylas). Temperaturskillnaden över den övre och nedre sidan gör att elektronerna i båda plattorna har olika energinivåer (en potentialskillnad), vilket i sin tur skapar en elektrisk ström. Detta fenomen beskrivs av Seebeck -effekten. Det betyder också att när temperaturen på båda sidor blir lika blir det ingen elektrisk ström.

Som nämnts har termoelektriska generatorer valts att utforska. Vi använder en typ SP1848-27145 med en kostnad på under tre euro per enhet (inklusive frakt). Vi är medvetna om att det finns dyrare och effektivare lösningar på marknaden, men vi var intresserade av potentialen i dessa "billiga" TEG.

Hypotes

Webbplatsen som sålde TEG -modulerna hade, vad som kändes, djärva påståenden om effektiviteten för att konvertera elektrisk energi. Vi kommer att ta en liten omväg senare för att utforska dessa påståenden.

Steg 3: Förberedelse och montering

Steg 1: En enkel kylfläns gjordes med hjälp av skrotaluminiumdelar som fanns i verkstaden, dessa fästes på TEG -modulen med hjälp av termisk pasta. Men andra metaller som koppar, mässing eller röra fungerar också tillräckligt för denna inställning.

Steg 2: Nästa steg innebär att lödning av den första TEG: s negativa ledning till den andra TEG: s positiva ledning, detta säkerställer att den elektriska strömmen kommer att vara i serie (vilket innebär att utgången från de två TEG: erna läggs ihop). Med vår installation var vi bara tillgängliga för att generera cirka 1,1 volt per TEG. Detta betyder att för att nå de 1,8 volt som behövs för att tända en röd lysdiod, tillkom en andra TEG.

Steg 3: Anslut den röda (positiva) tråden på den första TEG och den svarta (negativa) tråden på den andra TEG till brödbrädan på sina respektive platser.

Steg 4: Placera en röd lysdiod på brödbrädan (kom ihåg: det längre benet är den positiva sidan).

Steg 5: Det sista steget är enkelt*, tänd ljusen och lägg TEG -modulerna ovanpå lågan. Du vill använda något robust för att sätta TEGs ovanpå. Detta håller dem ur direktkontakt med lågan, i detta fall användes en skruvstång.

Eftersom detta är ett enkelt test har vi inte lagt ner mycket tid på att göra ordentliga kapslingar eller kylning. För att säkerställa konsekventa resultat har vi sett till att TEG var placerad lika långt från värmeljuset för testning.

*När du försöker upprepa experimentet, rekommenderas att du placerar TEGs med kylfläns i kyl eller frys för att kyla ner dem. Se till att ta bort dem från panelen innan du gör det.

Steg 4: Inställning

Inledande testning

Vårt första test var snabbt och smutsigt. Vi placerade TEG -modulen över ett telys och kylde TEGs "kalla ände" med aluminiumhöljet av en telys och en isbit. Vår termometer (vänster) placerades i en liten klämma (uppe till höger) för att mäta temperaturen på toppen av TEG.

Iterationer för slutprov

För vårt sista test gjorde vi flera ändringar i installationen för att säkerställa ett mer tillförlitligt resultat. För det första ändrade vi det iskalla vattnet för en passiv kylning med hjälp av ett större block av aluminium, vilket återspeglar den möjliga implementeringen närmare. Även en andra TEG tillsattes för att uppnå önskat resultat, vilket var att tända den röda lysdioden.

Steg 5: Resultat

Med den beskrivna inställningen tänds en röd lysdiod!

Hur kraftfull är en TEG?

Tillverkaren hävdar att TEG kan producera en öppen kretsspänning på upp till 4,8V vid en ström på 669mA när den utsätts för en 100 graders temperaturskillnad. Med hjälp av effektformeln P = I * V beräknas detta vara ungefär 3,2 watt.

Vi bestämde oss för att se hur nära vi kunde komma till dessa påståenden. Mätningen runt 250 grader celsius i botten av TEG och nära 100 grader i den övre änden, experimentet visar en ganska stor skillnad jämfört med tillverkarens påståenden. Spänningen stagnerar runt 0,9 volt och 150 mA, vilket är lika med 0,135 watt.

Steg 6: Diskussion

Vårt experiment ger oss ett gott intryck av potentialen hos dessa TEG, eftersom vi med rätta kan säga att deras effekt är anständig för lite nöje och experiment, men att fysiken som är involverad för att korrekt kyla dessa system och generera en stadig energikälla är långt ifrån genomförbart för en verklig implementering, jämfört med andra möjliga lösningar utanför nätet som solenergi.

Det finns definitivt en plats för TEG, och tanken på att använda en lägereld för att driva en ficklampa verkar uppnåelig; vi är bara starkt begränsade på grund av termodynamikens lagar. Eftersom en temperaturskillnad måste uppnås behöver den ena sidan av TEG (aktiv) kylning och den andra behöver en konstant värmekälla. Det senare är inte ett problem när det gäller lägereld, men kylningen måste vara så effektiv att en aktiv kylningslösning kommer att behövas och detta är svårt att uppnå. När man överväger volymen som behövs för att dessa lösningar ska fungera, jämfört med befintlig batteriteknik, är det mycket mer logiskt att välja ett batteri för att driva lampor.

Förbättringar

För framtida experiment rekommenderas att skaffa rätt kylflänsar (till exempel från en trasig dator) och applicera dem på både den varma och svala sidan av TEG. Detta gör att värmen kan distribueras mer korrekt och gör att spillvärmen på den svala sidan försvinner lättare än ett fast block av aluminium

Framtida tillämpningar av denna teknik För närvarande finns TEG främst i (miljövänliga) tekniska produkter som ett sätt att utnyttja spillvärme för energi. I framtiden har denna teknik potential för mycket mer. En intressant riktning för design av belysningsprodukter är den av bärbara apparater. Att utnyttja kroppsvärmen kan leda till batterifria lampor som lätt kan monteras i kläder eller på kroppen. Denna teknik kan också tillämpas i självdrivande sensorer för att möjliggöra fitnessövervakningsprodukter i mer mångsidiga paket än någonsin tidigare. (Tydlig termoelektrik, 2016).

Steg 7: Slutsats

Sammanfattningsvis, så lovande som tekniken verkar, kräver systemet en aktiv kylning och en konstant värmekälla för att säkerställa ett jämnt flöde av elektrisk laddning (i vårt fall, ihållande ljus). Medan vår installation möjliggjorde snabb kylning av kylflänsarna med ett kylskåp, hade detta experiment varit ganska svårt att reproducera utan extern el; ljuset skulle ha varit dött när de positiva och negativa sidorna når samma temperatur. Även om tekniken för närvarande inte är tillämplig, är det intressant att se vart den kommer att ta vägen med tanke på den ständiga strömmen av nya och innovativa tekniker och material.