Gaisma no siltumenerģijas zem 5 USD: 7 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Mēs esam divi industriālā dizaina studenti Nīderlandē, un šī ir ātra tehnoloģiju izpēte kā daļa no apakškursa „Technology for Concept Design”. Kā industriālajam dizainerim ir lietderīgi spēt metodiski analizēt tehnoloģijas un iegūt dziļāku izpratni par tām, lai pieņemtu pamatotu lēmumu par konkrētu tehnoloģiju ieviešanu koncepcijās.

Šīs pamācības gadījumā mēs esam ieinteresēti redzēt, cik efektīvi un lēti var būt TEG moduļi, un vai tie ir dzīvotspējīga iespēja āra piederumu, piemēram, barošanas bloku vai lukturīšu, uzlādēšanai, piemēram, ar ugunskuru. Atšķirībā no akumulatora enerģijas, uguns siltumenerģija ir kaut kas, ko mēs varam iegūt jebkur tuksnesī.

Praktisks pielietojums

Mēs pētījām TEG izmantošanu akumulatoru uzlādēšanai un LED lampu barošanai. Mēs domājam izmantot TEG moduļus, lai, piemēram, uzlādētu lukturīti pie ugunskura, lai tas būtu neatkarīgs no tīkla enerģijas.

Mūsu izmeklēšana koncentrējas uz lētiem risinājumiem, ko atradām Ķīnas tiešsaistes mazumtirgotājiem. Pašlaik ir grūti ieteikt TEG moduļus tik praktiskā pielietojumā, jo tiem vienkārši ir pārāk maza jauda. Lai gan šodien tirgū ir ļoti efektīvi TEG moduļi, to cena īsti nepadara tos par iespēju maziem patēriņa produktiem, piemēram, lukturītim.

1. darbība: detaļas un rīki

Daļas

-Termoelektriskais modulis (TEG) 40x40mm (SP1848 27145 SA) https://www.banggood.com/40x40mm- Termoelektriskais- jaudas ģenerators- Peltier-Module-TEG-High-Temperature-150-Degree-p-1005052.html? rmmds = meklēt & cur_warehouse = CN

-Tējas gaismas

-Maizes dēlis

-Sarkana LED

-Daži vadi

-Radiatora apmetums/ termopasta

-Metāllūžņi/siltuma izlietne (alumīnijs)

Rīki

-Kaut kāds termometrs

-Lodāmurs

-(digitālais) multimetrs

-Vieglāks

-Small Vise (vai cits priekšmets, kas ļauj zem tā ievietot tējas sveces)

2. darbība. Darba princips un hipotēze

Kā tas darbojas?

Vienkārši sakot, TEG (termoelektriskais ģenerators) pārvērš siltumu elektriskā izejā. Viena puse ir jāuzsilda, bet otra - jāatdzesē (mūsu gadījumā ir jāatdzesē puse ar tekstu). Temperatūras atšķirība augšējā un apakšējā pusē izraisīs abu plākšņu elektroniem atšķirīgu enerģijas līmeni (potenciāla starpība), kas savukārt rada elektrisko strāvu. Šo parādību raksturo Seebeck efekts. Tas arī nozīmē, ka tad, kad temperatūra abās pusēs kļūs vienāda, nebūs elektriskās strāvas.

Kā minēts, izpētīšanai ir izvēlēti termoelektriskie ģeneratori. Mēs izmantojam SP1848-27145 tipu, kura cena ir mazāka par trim eiro par vienību (ieskaitot piegādi). Mēs apzināmies, ka tirgū ir dārgāki un efektīvāki risinājumi, taču mūs interesēja šo “lēto” TEG potenciāls.

Hipotēze

Vietnei, kurā tika pārdoti TEG moduļi, bija drosmīgi apgalvojumi par elektroenerģijas pārveidošanas efektivitāti. Mēs vēlāk veiksim nelielu līkumu, izpētot šīs prasības.

3. solis: Sagatavošana un montāža

1. solis: Vienkārša radiatora izgatavošana tika veikta, izmantojot darbnīcā atrastās alumīnija detaļas, kuras tika piestiprinātas TEG modulim, izmantojot termopasta. Tomēr citi metāli, piemēram, varš, misiņš vai kausējums, arī darbosies pietiekami, lai veiktu šo iestatīšanu.

2. solis: Nākamais solis ietver pirmā TEG negatīvā vada lodēšanu līdz otrā TEG pozitīvajam vadam, tas nodrošina, ka elektriskā strāva būs virknē (tas nozīmē, ka abu TEG izeja tiks saskaitīta). Izmantojot mūsu iestatījumus, mēs bijām pieejami tikai aptuveni 1,1 volta ģenerēšanai uz TEG. Tas nozīmē, ka, lai sasniegtu 1,8 voltus, kas nepieciešami sarkanās gaismas diodes iedegšanai, tika pievienots otrs TEG.

3. darbība. Pievienojiet pirmās TEG sarkano (pozitīvo) vadu un otrā TEG melno (negatīvo) vadu pie maizes dēļa attiecīgajās vietās.

4. solis: novietojiet sarkanu gaismas diodi uz maizes dēļa (atcerieties: garāka kāja ir pozitīvā puse).

5. solis: pēdējais solis ir vienkāršs*, aizdedziniet sveces un novietojiet TEG moduļus virs liesmas. Jūs vēlaties izmantot kaut ko izturīgu, lai uzliktu TEG. Tas pasargā tos no tieša kontakta ar liesmu, šajā gadījumā tika izmantota skrūvspīle.

Tā kā tas ir vienkāršs tests, mēs neesam pavadījuši daudz laika, lai izgatavotu pareizus korpusus vai dzesēšanu. Lai nodrošinātu konsekventus rezultātus, mēs esam pārliecinājušies, ka TEG testēšanai tika novietots vienādā attālumā no tējas sveces.

*Mēģinot atkārtot eksperimentu, ieteicams TEG ar radiatoru ievietot ledusskapī vai saldētavā, lai tos atdzesētu. Pirms to izdarīšanas noteikti noņemiet tos no maizes dēļa.

4. solis: iestatīšana

Sākotnējā pārbaude

Mūsu sākotnējais tests bija ātrs un netīrs. Mēs novietojām TEG moduli virs tējas lampas un atdzesējām TEG “auksto galu”, izmantojot tējas lampas alumīnija korpusu un ledus gabaliņu. Mūsu termometrs (pa kreisi) tika ievietots nelielā skavā (augšējā labajā stūrī), lai izmērītu TEG augšdaļas temperatūru.

Atkārtojuma rezultāti pēdējam testam

Pēdējam testam mēs veicām vairākas izmaiņas iestatījumos, lai nodrošinātu ticamāku rezultātu. Pirmkārt, mēs mainījām ledus auksto ūdeni pret pasīvu dzesēšanu, izmantojot lielāku alumīnija bloku, tas precīzāk atspoguļo iespējamo ieviešanu. Tika pievienots arī otrais TEG, lai sasniegtu vēlamo rezultātu, proti, iedegt sarkano LED.

5. darbība. Rezultāti

Izmantojot aprakstīto iestatījumu, iedegsies sarkana gaismas diode!

Cik spēcīgs ir viens TEG?

Ražotājs apgalvo, ka TEG var radīt atvērtas ķēdes spriegumu līdz 4,8 V pie 669 mA strāvas, ja tiek pakļauta 100 grādu temperatūras atšķirībai. Izmantojot jaudas formulu P = I * V, tiek aprēķināts, ka tas būtu aptuveni 3,2 vati.

Mēs nolēmām noskaidrot, cik tuvu mēs varētu nonākt pie šiem apgalvojumiem. Mērot aptuveni 250 grādus pēc Celsija TEG apakšā un tuvu 100 grādiem augšējā galā, eksperiments parāda diezgan atšķirību salīdzinājumā ar ražotāja apgalvojumiem. Spriegums stagnē ap 0,9 voltiem un 150 mA, kas ir vienāds ar 0,135 vatiem.

6. solis: diskusija

Mūsu eksperiments dod mums labu iespaidu par šo TEG potenciālu, jo mēs varam godīgi teikt, ka to iznākums ir pienācīgs, lai mazliet izklaidētos un eksperimentētu, bet fizika, kas saistīta ar šo sistēmu pienācīgu atdzesēšanu un pastāvīga enerģijas avota radīšanu. tas nav iespējams īstenot reālajā pasaulē, salīdzinot ar citiem iespējamiem risinājumiem ārpus tīkla, piemēram, saules enerģiju.

TEG noteikti ir vieta, un ideja par ugunskura izmantošanu lukturīša darbināšanai šķiet sasniedzama; mēs esam tikai stipri ierobežoti termodinamikas likumu dēļ. Tā kā ir jāsasniedz temperatūras starpība, vienai TEG pusei nepieciešama (aktīva) dzesēšana, bet otrai - pastāvīgs siltuma avots. Pēdējais nav jautājums ugunskura gadījumā, tomēr dzesēšanai jābūt tik efektīvai, ka būs nepieciešams aktīvs dzesēšanas risinājums, un to ir grūti panākt. Apsverot apjomu, kas nepieciešams, lai šie risinājumi darbotos, salīdzinot ar esošo akumulatoru tehnoloģiju, ir daudz loģiskāk izvēlēties akumulatoru, lai darbinātu gaismas.

Uzlabojumi

Turpmākajiem eksperimentiem ieteicams iegādāties atbilstošas radiatora izlietnes (piemēram, no salūzuša datora) un lietot tās gan TEG karstajā, gan aukstajā pusē. Tas ļauj pareizāk sadalīt siltumu un atvieglos siltuma zudumus aukstajā pusē nekā ciets alumīnija bloks

Šīs tehnoloģijas turpmākie pielietojumi Pašlaik TEG galvenokārt atrodami (videi draudzīgos) tehniskajos produktos, lai izmantotu siltumenerģiju enerģijai. Nākotnē šai tehnoloģijai ir daudz vairāk iespēju. Viens interesants apgaismes izstrādājumu dizaina virziens ir valkājamais. Izmantojot ķermeņa siltumu, var tikt izgaismotas gaismas bez baterijām, kuras var viegli uzstādīt apģērbā vai uz ķermeņa. Šo tehnoloģiju varētu izmantot arī pašapgādes sensoros, lai nodrošinātu fitnesa uzraudzības produktus daudzpusīgākos iepakojumos nekā jebkad agrāk. (Evident Thermoelectrics, 2016).

7. solis. Secinājums

Visbeidzot, lai cik daudzsološa šķiet tehnoloģija, sistēmai ir nepieciešama aktīva dzesēšana un pastāvīgs siltuma avots, lai nodrošinātu vienmērīgu elektriskā lādiņa plūsmu (mūsu gadījumā - ilgstošu gaismu). Lai gan mūsu iestatījumi ļāva ātri atdzesēt radiatorus, izmantojot ledusskapi, šo eksperimentu būtu bijis diezgan grūti reproducēt bez ārējas elektrības; gaisma būtu mirusi, kad pozitīvā un negatīvā puse sasniegs vienādu temperatūru. Lai gan tehnoloģija šobrīd nav īpaši pielietojama, ir interesanti redzēt, kur tā nonāks, ņemot vērā nepārtrauktu jaunu un novatorisku tehnoloģiju un materiālu plūsmu.