Ligte van hitte -energie vir minder as $ 5: 7 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Ons is twee industriële ontwerpstudente in Nederland, en dit is 'n vinnige ondersoek na tegnologie as deel van die subkursus Technology for Concept Design. As industriële ontwerper is dit nuttig om tegnologies metodies te kan analiseer en 'n dieper begrip daarvan te kry om 'n goed onderbouwde besluit te neem vir die implementering van 'n spesifieke tegnologie in konsepte.

In die geval van hierdie instruksies, is ons geïnteresseerd om te sien hoe doeltreffend en goedkoop TEG-modules kan wees, en of dit 'n lewensvatbare opsie is om buite-bykomstighede soos kragbanke of flitse met byvoorbeeld 'n kampvuur te herlaai. In teenstelling met die batterykrag, is hitte -energie deur vuur iets wat ons oral in die wildernis kan maak.

Praktiese toepassing

Ons het ondersoek ingestel na die gebruik van TEG's vir die laai van batterye en die aandrywing van LED -ligte. Ons beoog die gebruik van TEG -modules om byvoorbeeld 'n flitslig by die kampvuur te laai, sodat dit onafhanklik van net -energie kan wees.

Ons ondersoek fokus op goedkoop oplossings wat ons by Chinese aanlynhandelaars gevind het. Op die oomblik is dit moeilik om TEG -modules aan te beveel in so 'n praktiese toepassing, aangesien dit eenvoudig te min krag lewer. Alhoewel daar vandag baie doeltreffende TEG -modules op die mark is, maak die prys dit nie regtig 'n opsie vir klein verbruikersprodukte soos 'n flitslig nie.

Stap 1: Onderdele en gereedskap

Dele

-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

-Tee -ligte

-Broodbord

-Rooi LED

-Sommige drade

-Gipsverwarmer/ termiese pasta

-Skrootmetaal/koellichaam (aluminium)

Gereedskap

-Een of ander termometer

-Soldeerbout

-(digitale) multimeter

-Ligter

-Small Vise (of ander voorwerp waarmee u teeligte daaronder kan sit)

Stap 2: Werkbeginsel en hipotese

Hoe werk dit?

Eenvoudig gestel, 'n TEG (termo -elektriese generator) skakel hitte om in 'n elektriese uitset. Die een kant moet verhit word en die ander kant moet afgekoel word (in ons geval moet die kant met teks afgekoel word). Die temperatuurverskil aan die bo- en onderkant kan veroorsaak dat die elektrone in beide plate verskillende energievlakke het ('n potensiaalverskil), wat weer 'n elektriese stroom veroorsaak. Hierdie verskynsel word beskryf deur die Seebeck -effek. Dit beteken ook dat daar geen elektriese stroom sal wees as die temperature aan beide kante gelyk word nie.

Soos genoem, is termo -elektriese kragopwekkers gekies om te ondersoek. Ons gebruik 'n SP1848-27145-tipe met 'n koste van minder as drie euro per eenheid (aflewering ingesluit). Ons is bewus daarvan dat daar duurder en doeltreffender oplossings op die mark is, maar ons was geïnteresseerd in die potensiaal van hierdie 'goedkoop' TEG's.

Hipotese

Die webwerf wat die TEG -modules verkoop het, het, soos dit gevoel het, sterk aansprake op die doeltreffendheid van die omskakeling van elektriese energie. Ons sal later 'n klein ompad neem om hierdie bewerings te ondersoek.

Stap 3: Voorbereiding en samestelling

Stap 1: 'n Eenvoudige koellichaam is gemaak deur afvalaluminiumdele wat in die werkswinkel gevind is, te gebruik; dit is met behulp van termiese pasta aan die TEG -module geheg. Ander metale soos koper, koper of messing werk egter ook voldoende vir hierdie opstelling.

Stap 2: Die volgende stap behels die soldeer van die eerste TEG se negatiewe lood aan die tweede TEG se positiewe lood; dit verseker dat die elektriese stroom in serie sal wees (wat beteken dat die uitset van die twee TEGs bymekaargetel word). Met ons opstelling was ons slegs beskikbaar om ongeveer 1,1 volt per TEG op te wek. Dit beteken dat 'n tweede TEG bygevoeg is om die 1,8 volt te bereik wat nodig is om 'n rooi LED aan te steek.

Stap 3: Verbind die rooi (positiewe) draad van die eerste TEG en die swart (negatiewe) draad van die tweede TEG met die broodbord op sy onderskeie plekke.

Stap 4: Plaas 'n rooi LED op die broodbord (onthou: die langer been is die positiewe kant).

Stap 5: Die laaste stap is eenvoudig*, steek die kerse aan en plaas die TEG -modules bo -op die vlam. U wil iets stewigs gebruik om die TEG's bo -op te sit. Dit hou hulle uit direkte kontak met die vlam, in hierdie geval is 'n skroefdraad gebruik.

Omdat dit 'n eenvoudige toets is, het ons nie veel tyd daaraan bestee om behoorlike omhulsels of afkoeling te maak nie. Om konsekwente resultate te verseker, het ons seker gemaak dat die TEG op dieselfde afstand van die teeligte geplaas is om te toets.

*As u die eksperiment probeer herhaal, word dit aanbeveel om die TEG's met 'n koelplaat in die yskas of vrieskas te plaas om dit af te koel. Maak seker dat u dit van die broodbord verwyder voordat u dit doen.

Stap 4: Opstel

Aanvanklike toetsing

Ons eerste toets was vinnig en vuil. Ons plaas die TEG -module bo -op 'n teelig en verkoel die 'koue kant' van die TEG met die aluminium omhulsel van 'n teelig en 'n ysblokkie. Ons termometer (links) is in 'n klein klem (regs bo) geplaas om die temperatuur van die bokant van die TEG te meet.

Herhalings vir finale toets

Vir ons finale toets het ons verskeie opsette aangebring om 'n meer betroubare resultaat te verseker. Eerstens het ons die yskoue water verander vir 'n passiewe afkoeling deur 'n groter blok aluminium te gebruik; dit weerspieël die moontlike implementering noukeuriger. 'N Tweede TEG is ook bygevoeg om die gewenste resultaat te behaal, naamlik om die rooi LED aan te steek.

Stap 5: Resultate

'N Rooi LED sal brand deur die beskrywing op te stel!

Hoe kragtig is een TEG?

Die vervaardiger beweer dat die TEG 'n oopkringspanning van tot 4,8V met 'n stroom van 669mA kan produseer as dit blootgestel word aan 'n temperatuurverskil van 100 grade. Deur die kragformule P = I * V te gebruik, word bereken dat dit ongeveer 3,2 watt sal wees.

Ons het gaan kyk hoe naby ons aan hierdie eise kan kom. Die eksperiment toon 'n groot verskil in vergelyking met die bewerings van die vervaardiger, met 'n temperatuur van ongeveer 250 grade onderaan die TEG en byna 100 grade aan die bokant. Die spanning stagneer rondom 0,9 volt en 150 mA, wat gelyk is aan 0,135 watt.

Stap 6: Bespreking

Ons eksperiment gee ons 'n goeie indruk van die potensiaal van hierdie TEG's, aangesien ons redelik kan sê dat hul opbrengs redelik is vir 'n bietjie pret en eksperimentering, maar dat die fisika betrokke is om hierdie stelsels behoorlik af te koel en 'n bestendige energiebron te genereer. verre haalbaar vir 'n werklike implementering, in vergelyking met ander moontlike oplossings buite sonnet, soos sonkrag.

Daar is beslis 'n plek vir TEG's, en die idee om 'n kampvuur te gebruik om 'n flitslig aan te dryf, lyk wel haalbaar; ons is net baie beperk as gevolg van die termodinamika -wette. Omdat 'n temperatuurverskil bereik moet word, benodig die een kant van die TEG (aktiewe) verkoeling en die ander een 'n konstante hittebron. Laasgenoemde is nie 'n probleem in die geval van 'n kampvuur nie, maar die verkoeling moet so doeltreffend wees dat 'n aktiewe verkoelingoplossing nodig is en dit is moeilik om te bereik. As u kyk na die volume wat nodig is om hierdie oplossings te laat werk, in vergelyking met die bestaande batterytegnologie, is dit baie meer logies om 'n battery te kies om ligte aan te dryf.

Verbeterings

Vir toekomstige eksperimente word aanbeveel om behoorlike koelblaaie te koop (byvoorbeeld van 'n gebroke rekenaar) en dit aan beide die warm en koel kant van die TEG toe te pas. Dit laat die hitte beter versprei en sal die afvalhitte aan die koel kant makliker laat verdwyn as 'n soliede blok aluminium

Toekomstige toepassings van hierdie tegnologie Op die oomblik word TEG's hoofsaaklik gevind in (omgewingsvriendelike) tegniese produkte as 'n manier om afvalhitte vir energie te benut. In die toekoms het hierdie tegnologie die potensiaal vir veel meer. Een interessante rigting vir die ontwerp van beligtingsprodukte is die van draagbare. Deur liggaamshitte in te span, kan dit lei tot batteryvrye ligte wat maklik in klere of op die liggaam gemonteer kan word. Hierdie tegnologie kan ook toegepas word in selfaangedrewe sensors om fiksheidsmonitoringsprodukte in meer veelsydige pakkette moontlik te maak as ooit tevore. (Duidelike termo -elektrisiteit, 2016).

Stap 7: Gevolgtrekking

Ten slotte, so belowend as wat die tegnologie lyk, benodig die stelsel aktiewe verkoeling en 'n konstante hittebron om 'n egalige vloei van elektriese lading te verseker (in ons geval volgehoue lig). Alhoewel ons opset die vinnige afkoeling van die heatsinks met behulp van 'n yskas moontlik gemaak het, sou hierdie eksperiment redelik moeilik geweesbaar was sonder eksterne elektrisiteit; die lig sou dood gewees het teen die tyd dat die positiewe en negatiewe sye dieselfde temperatuur bereik. Alhoewel die tegnologie tans nie baie toepaslik is nie, is dit interessant om te sien waarheen dit gaan, met inagneming van die konstante stroom nuwe en innoverende tegnologieë en materiale.