אור מאנרגית חום בפחות מ -5 $: 7 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

אנו שני סטודנטים לעיצוב תעשייתי בהולנד, וזוהי חקירה טכנולוגית מהירה כחלק מתת-הקורס טכנולוגיה לעיצוב קונספט. כמעצב תעשייתי כדאי לנתח טכנולוגיות שיטות ולהבין אותן לעומק כדי לקבל החלטה מבוססת היטב ליישום טכנולוגיות ספציפיות במושגים.

במקרה של הוראה זו, אנו מעוניינים לראות עד כמה מודולי TEG יכולים להיות יעילים וזולים, ואם הם אופציה משתלמת לטעינת אביזרי חוץ כמו בנקים או פנסים עם למשל מדורה. בניגוד לכוח הסוללה, אנרגיית חום באש היא משהו שאנו יכולים לייצר בכל מקום במדבר.

יישום מעשי

חקרנו את השימוש ב- TEGs לטעינת סוללות והפעלה של נורות LED. אנו מדמיינים את השימוש במודולי TEG, למשל, להטענת פנס ליד המדורה, כך שהוא יכול להיות בלתי תלוי באנרגיית הרשת.

החקירה שלנו מתמקדת בפתרונות בעלות נמוכה שמצאנו אצל קמעונאים מקוונים סינים. כרגע קשה להמליץ על מודולי TEG ביישום מעשי שכזה מכיוון שפשוט יש להם מעט מדי הספק. למרות שיש כיום מודולי TEG יעילים במיוחד, המחיר שלהם לא ממש הופך אותם לאופציה עבור מוצרי צריכה קטנים כמו פנס.

שלב 1: חלקים וכלים

חלקים

-מודול טרמו-אלקטרי (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

-אורות תה

-קרש

-LED אדום

-כמה חוטים

-טיח קירור/ משחה תרמית

-גרוטאות מתכת/גוף קירור (אלומיניום)

כלים

-מדחום מסוג כלשהו

-מלחם

-(מוליטימטר דיגיטלי

-קל יותר

-Small Vise (או חפץ אחר המאפשר לך להכניס תחתיו פנסי נרות)

שלב 2: עקרון העבודה והשערה

איך זה עובד?

במילים פשוטות, TEG (גנרטור תרמו -אלקטרי) ממיר חום ליציאה חשמלית. צד אחד צריך להיות מחומם והצד השני צריך להיות מקורר (במקרה שלנו יש לצנן את הצד עם הטקסט). הפרש הטמפרטורות בצדדים העליונים והתחתונים יגרום לאלקטרונים בשתי הלוחות להיות בעלי רמות אנרגיה שונות (הבדל פוטנציאלי), אשר בתורו יוצר זרם חשמלי. תופעה זו מתוארת על ידי אפקט Seebeck. זה גם אומר שכאשר הטמפרטורות משני הצדדים יהיו שוות, לא יהיה זרם חשמלי.

כאמור גנרטורים תרמו -אלקטריים נבחרו לחקור. אנו משתמשים בסוג SP1848-27145 בעלות של פחות משלושה יורו ליחידה (כולל משלוח). אנו מודעים לכך שישנם פתרונות יקרים ויעילים יותר בשוק, אך התענייננו בפוטנציאל של ה- TEG ה'זולים 'הללו.

הַשׁעָרָה

לאתר שמכר את המודולים של TEG היו טענות נועזות ליעילות המרת אנרגיה חשמלית. נצא לעקוף קטן אחר כך ונבחן טענות אלה.

שלב 3: הכנה והרכבה

שלב 1: גוף קירור פשוט נעשה על ידי שימוש בחלקי אלומיניום גרוטאות שנמצאו בסדנה, אלה הוצמדו למודול TEG באמצעות הדבק תרמי. עם זאת, מתכות אחרות כגון נחושת, פליז או בלגן גם יעבדו מספיק עבור התקנה זו.

שלב 2: השלב הבא כולל הלחמת ההובלה השלילית של TEG הראשון להובלה החיובית של TEG השנייה, זה מבטיח שהזרם החשמלי יהיה בסדרה (כלומר הפלט של שני ה- TEG יתווסף). עם ההתקנה שלנו, היינו זמינים לייצר כ -1.1 וולט בלבד ל- TEG. המשמעות היא שכדי להגיע ל -1.8 וולט הדרושים להדלקת LED אדום, נוסף TEG שני.

שלב 3: חבר את החוט האדום (החיובי) של ה- TEG הראשון והחוט השחור (השלילי) של ה- TEG השני ללוח הלחם במקומות המתאימים לו.

שלב 4: הנח LED אדום על לוח הלחם (זכור: הרגל הארוכה יותר היא הצד החיובי).

שלב 5: השלב האחרון הוא פשוט*, הדליקו את הנרות והניחו את מודולי ה- TEG על הלהבה. אתה רוצה להשתמש במשהו יציב כדי לשים את ה- TEGs על גבי. זה מונע מהם להיות במגע ישיר עם הלהבה, במקרה זה נעשה שימוש במקלדת.

מכיוון שמדובר בבדיקה פשוטה, לא הקדשנו זמן רב לביצוע מארזים מתאימים או קירור. על מנת להבטיח תוצאות עקביות, וידאנו שה- TEG ממוקם מרחק שווה מאור הזכוכית לבדיקה.

*כאשר מנסים לחזור על הניסוי, מומלץ למקם את ה- TEGs עם גוף קירור במקרר או במקפיא על מנת לצנן אותם. הקפד להסיר אותם מלוח הלחם לפני שתעשה זאת.

שלב 4: התקנה

בדיקה ראשונית

הבדיקה הראשונית שלנו הייתה מהירה ומלוכלכת. הנחנו את מודול ה- TEG מעל מנורת תה וקיררנו את 'הקצה הקר' של ה- TEG באמצעות מארז אלומיניום של מנורת תה וקוביית קרח. מד החום שלנו (משמאל) הונח בתוך מהדק קטן (למעלה מימין) על מנת למדוד את הטמפרטורה של החלק העליון של ה- TEG.

חזרות למבחן אחרון

לצורך הבדיקה האחרונה ביצענו מספר שינויים בהתקנה כדי להבטיח תוצאה אמינה יותר. ראשית שינינו את המים הקרים כקרח לקירור פסיבי באמצעות גוש אלומיניום גדול יותר, זה משקף את היישום הפוטנציאלי מקרוב. כמו כן נוסף TEG שני על מנת להשיג את התוצאה הרצויה, שהייתה הדלקת הנורית האדומה.

שלב 5: תוצאות

השימוש בהתקנה המתוארת ידליק נורה אדומה!

עד כמה TEG אחד חזק?

היצרן טוען כי ה- TEG יכול לייצר מתח במעגל פתוח של עד 4.8V בזרם של 669mA כאשר הוא נתון להפרש טמפרטורה של 100 מעלות. באמצעות נוסחת ההספק P = I * V, מחושב שזה יהיה בערך 3.2 וואט.

יצאנו לבדוק עד כמה נוכל להגיע לטענות אלה. המדידה סביב 250 מעלות צלזיוס בתחתית ה- TEG וקרוב ל -100 מעלות בקצה העליון, הניסוי מראה הבדל די גדול בהשוואה לטענות היצרן. המתח עומד על 0.9 וולט ו -150 mA, שזה שווה ל 0.135 וואט.

שלב 6: דיון

הניסוי שלנו נותן לנו רושם טוב מהפוטנציאל של TEGs אלה, מכיוון שאנו יכולים לומר בהחלט שהתפוקה שלהם הגונה לקצת כיף ולהתנסות, אך שהפיזיקה הכרוכה בקירור נכון של מערכות אלה וליצירת מקור אנרגיה יציב היא רחוק מלהיות אפשרי ליישום בעולם האמיתי, בהשוואה לפתרונות אפשריים אחרים מחוץ לרשת כמו אנרגיה סולארית.

בהחלט יש מקום ל- TEGs, והרעיון של שימוש במדורה להפעלת פנס נראה בר השגה; אנחנו פשוט מוגבלים מאוד בשל חוקי התרמודינמיקה. מכיוון שצריך להשיג הפרש טמפרטורות, צד אחד של ה- TEG זקוק לקירור (פעיל) והשני צריך מקור חום קבוע. זה האחרון אינו מהווה בעיה במקרה של מדורה, אולם הקירור צריך להיות כל כך יעיל עד שיהיה צורך בפתרון קירור פעיל וקשה להשיג אותו. כאשר בוחנים את עוצמת הקול הדרושה בכדי לגרום לפתרונות אלה לפעול, בהשוואה לטכנולוגיית הסוללות הקיימת, הרבה יותר הגיוני לבחור סוללה להפעלת נורות.

שיפורים

לניסויים עתידיים, מומלץ לרכוש כיורי קירור מתאימים (למשל ממחשב מקולקל) ולהחיל אותם על הצד החם והקריר של ה- TEG. זה מאפשר לחלק את החום בצורה נכונה יותר ויגרום לחום הפסולת בצד הקריר להתפוגג קל יותר מגוש אלומיניום מוצק.

יישומים עתידיים של טכנולוגיה זו כרגע TEGs נמצאים בעיקר במוצרים טכניים (ידידותיים לסביבה) כאמצעי לרתום חום פסולת לאנרגיה. בעתיד לטכנולוגיה זו יש פוטנציאל להרבה יותר. כיוון אחד מעניין לעיצוב מוצרי תאורה הוא של לבישים. רתימת חום הגוף עלולה להוביל לנורות נטולות סוללות הניתנות להרכבה בקלות בבגדים או על הגוף. ניתן ליישם טכנולוגיה זו גם בחיישנים המפעילים את עצמם בכדי לאפשר מוצרי ניטור כושר בחבילות תכליתיות יותר מאי פעם. (ראיה תרמו -אלקטרונית, 2016).

שלב 7: סיכום

לסיכום, ככל שהטכנולוגיה נראית מבטיחה, המערכת דורשת קירור פעיל ומקור חום קבוע כדי להבטיח זרימה אחידה של מטען חשמלי (במקרה שלנו, אור מתמשך). למרות שההתקנה שלנו אפשרה קירור מהיר של גופי הקירור באמצעות מקרר, ניסוי זה היה די קשה לשחזר ללא חשמל חיצוני; האור היה מת עד שהצדדים החיוביים והשליליים מגיעים לאותה טמפרטורה. למרות שהטכנולוגיה לא מאוד ישימה כרגע, מעניין לראות לאן היא תגיע בהתחשב בזרם המתמיד של טכנולוגיות וחומרים חדשים וחדשניים.