5 Doların Altında Isı Enerjisinden Gelen Işık: 7 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:21

Hollanda'da iki endüstriyel tasarım öğrencisiyiz ve bu, Konsept Tasarım için Teknoloji alt kursunun bir parçası olarak hızlı bir teknoloji keşfidir. Bir endüstriyel tasarımcı olarak, belirli bir teknolojilerin kavramlarda uygulanması için iyi kanıtlanmış bir karar vermek için teknolojileri metodik olarak analiz edebilmek ve onlar hakkında daha derin bir anlayış kazanabilmek faydalıdır.

Bu talimat söz konusu olduğunda, TEG modüllerinin ne kadar verimli ve düşük maliyetli olabileceğini ve örneğin bir kamp ateşi ile güç bankaları veya el fenerleri gibi dış mekan aksesuarlarını şarj etmek için uygun bir seçenek olup olmadığını görmek istiyoruz. Pil gücünün aksine, ateşle ısı enerjisi, vahşi doğada herhangi bir yerde yapabileceğimiz bir şeydir.

Pratik uygulama

Pillerin şarj edilmesi ve LED ışıkların çalıştırılması için TEG'lerin kullanımını araştırıyorduk. Örneğin, şebeke enerjisinden bağımsız olabilmesi için kamp ateşinde bir el feneri şarj etmek için TEG modüllerinin kullanılmasını öngörüyoruz.

Araştırmamız, Çinli çevrimiçi perakendecilerde bulduğumuz düşük maliyetli çözümlere odaklanıyor. Şu anda çok az güç çıkışına sahip oldukları için böyle pratik bir uygulamada TEG modüllerini önermek zordur. Bugün piyasada oldukça verimli TEG modülleri olmasına rağmen, fiyatları onları el feneri gibi küçük tüketici ürünleri için bir seçenek haline getirmiyor.

Adım 1: Parçalar ve Araçlar

Parçalar

-Termoelektrik Modül (TEG) 40x40mm (SP1848 27145 SA) https://www.banggood.com/40x40mm-Thermoelectric-Power-Generator-Peltier-Module-TEG-High-Temperature-150-Degree-p-1005052.html? rmmds=ara&cur_warehouse=CN

-Tealights

-Breadboard

-Kırmızı LED

-Bazı teller

-Soğutucu sıva/termal macun

-Hurda metal/ısı emici (alüminyum)

Aletler

-Bir çeşit termometre

-Havya

-(dijital multimetre

-Daha hafif

-Küçük Mengene (veya altına tealight koymanıza izin veren başka bir nesne)

Adım 2: Çalışma Prensibi ve Hipotez

O nasıl çalışır?

Basitçe ifade etmek gerekirse, bir TEG (termoelektrik jeneratörü), ısıyı bir elektrik çıkışına dönüştürür. Bir taraf ısıtılmalı ve diğer taraf soğutulmalıdır (bizim durumumuzda metinli taraf soğutulmalıdır). Üst ve alt taraflar arasındaki sıcaklık farkı, her iki plakadaki elektronların farklı enerji seviyelerine (potansiyel farkı) sahip olmasına neden olur ve bu da bir elektrik akımı oluşturur. Bu fenomen Seebeck etkisi ile tanımlanır. Aynı zamanda, her iki taraftaki sıcaklıklar eşit olduğunda elektrik akımı olmayacağı anlamına gelir.

Bahsedildiği gibi termoelektrik jeneratörler keşfetmek için seçilmiştir. Birim başına maliyeti (nakliye dahil) üç Euro'nun altında olan bir SP1848-27145 tipi kullanıyoruz. Piyasada daha pahalı ve verimli çözümler olduğunun farkındayız, ancak bu 'ucuz' TEG'lerin potansiyeliyle ilgilendik.

Hipotez

TEG modüllerini satan web sitesinde, elektrik enerjisini dönüştürme verimliliği konusunda cesur iddialar vardı. Bu iddiaları keşfetmek için daha sonra küçük bir sapma yapacağız.

Adım 3: Hazırlık ve Montaj

Adım 1: Atölyede bulunan hurda alüminyum parçalar kullanılarak basit bir soğutucu yapıldı, bunlar termal macun kullanılarak TEG modülüne yapıştırıldı. Bununla birlikte, bakır, pirinç veya pislik gibi diğer metaller de bu kurulum için yeterince çalışacaktır.

Adım 2: Bir sonraki adım, ilk TEG'nin negatif ucunu ikinci TEG'nin pozitif ucuna lehimlemeyi içerir, bu, elektrik akımının seri olmasını sağlar (yani iki TEG'nin çıkışının ekleneceği anlamına gelir). Kurulumumuzla, TEG başına yalnızca yaklaşık 1,1 volt üretebilecek durumdaydık. Bu, kırmızı bir LED'i yakmak için gereken 1.8 volta ulaşmak için ikinci bir TEG eklendiği anlamına gelir.

Adım 3: Birinci TEG'nin kırmızı (pozitif) kablosunu ve ikinci TEG'nin siyah (negatif) kablosunu devre tahtasına ilgili yerlerine bağlayın.

Adım 4: Breadboard'a kırmızı bir LED yerleştirin (unutmayın: uzun bacak pozitif taraftır).

Adım 5: Son adım basittir*, mumları yakın ve TEG modüllerini alevin üzerine yerleştirin. TEG'leri üstüne koymak için sağlam bir şey kullanmak istiyorsunuz. Bu onları alevle doğrudan temastan uzak tutar, bu durumda bir mengene kullanılmıştır.

Bu basit bir test olduğu için, uygun muhafazalar veya soğutma yapmak için fazla zaman harcamadık. Tutarlı sonuçlar elde etmek için, TEG'in test için tealight'tan eşit uzaklıkta konumlandırıldığından emin olduk.

*Deney tekrarlanmaya çalışılırken, soğutuculu TEG'lerin soğuması için buzdolabına veya derin dondurucuya konulması tavsiye edilir. Bunu yapmadan önce bunları breadboard'dan çıkardığınızdan emin olun.

4. Adım: Kurulum

İlk test

İlk testimiz hızlı ve kirliydi. TEG modülünü bir çay ışığının üzerine yerleştirdik ve bir çay ışığı ve bir buz küpünün alüminyum muhafazasını kullanarak TEG'in "soğuk tarafını" soğutduk. Termometremiz (solda), TEG'nin üst kısmının sıcaklığını ölçmek için küçük bir kelepçeye (sağ üst) yerleştirildi.

Son test için yinelemeler

Son testimiz için, daha güvenilir bir sonuç elde etmek için kurulumda birkaç değişiklik yaptık. Öncelikle buz gibi suyu daha büyük bir alüminyum blok kullanarak pasif soğutma için değiştirdik, bu potansiyel uygulamayı daha yakından yansıtıyor. Ayrıca istenen sonucu elde etmek için kırmızı LED'i yakmak için ikinci bir TEG eklendi.

Adım 5: Sonuçlar

Açıklanan kurulumun kullanılması kırmızı bir LED yakacaktır!

Bir TEG ne kadar güçlü?

Üretici, TEG'in 100 derecelik bir sıcaklık farkına maruz kaldığında 669mA akımda 4.8V'a kadar açık devre voltajı üretebileceğini iddia ediyor. P = I * V güç formülü kullanılarak bunun kabaca 3,2 watt olacağı hesaplanmıştır.

Bu iddialara ne kadar yaklaşabileceğimizi görmek için yola çıktık. TEG'nin alt kısmında yaklaşık 250 santigrat derece ve üst uçta 100 dereceye yakın ölçüm yapan deney, üreticinin iddialarına kıyasla oldukça fark gösteriyor. Voltaj, 0,135 watt'a eşit olan 0,9 volt ve 150 mA civarında durmaktadır.

6. Adım: Tartışma

Deneyimiz bize bu TEG'lerin potansiyeli hakkında iyi bir izlenim veriyor, çünkü çıktılarının biraz eğlence ve deney için uygun olduğunu söyleyebiliriz, ancak bu sistemleri düzgün bir şekilde soğutmak ve sabit bir enerji kaynağı üretmek için gerekli fiziğin gerekli olduğunu söyleyebiliriz. güneş enerjisi gibi diğer olası şebeke dışı çözümlerle karşılaştırıldığında, gerçek dünyadaki bir uygulama için mümkün olmaktan uzak.

TEG'ler için kesinlikle bir yer var ve bir el fenerine güç sağlamak için bir kamp ateşi kullanma fikri gerçekleştirilebilir görünüyor; termodinamik yasaları nedeniyle ciddi şekilde sınırlıyız. Bir sıcaklık farkı elde edilmesi gerektiğinden, TEG'in bir tarafı (aktif) soğutmaya, diğer tarafı ise sabit bir ısı kaynağına ihtiyaç duyar. Kamp ateşi durumunda ikincisi bir sorun değildir, ancak soğutmanın o kadar verimli olması gerekir ki aktif bir soğutma çözümüne ihtiyaç duyulur ve bunu başarmak zordur. Bu çözümlerin çalışması için gereken hacim göz önüne alındığında, mevcut pil teknolojisine kıyasla, ışıkları yakmak için bir pil seçmek çok daha mantıklı.

İyileştirmeler

Gelecekteki deneyler için, uygun soğutucuların (örneğin bozuk bir bilgisayardan) alınması ve bunları TEG'nin hem sıcak hem de soğuk tarafına uygulanması tavsiye edilir. Bu, ısının daha düzgün bir şekilde dağılmasını sağlar ve soğuk taraftaki atık ısının katı bir alüminyum bloktan daha kolay dağılmasını sağlar.

Bu teknolojinin gelecekteki uygulamaları Şu anda TEG'ler, atık ısıyı enerji için kullanmanın bir yolu olarak öncelikle (çevre dostu) teknik ürünlerde bulunmaktadır. Gelecekte bu teknolojinin çok daha fazlası için potansiyeli var. Aydınlatma ürünlerinin tasarımı için ilginç bir yön, giyilebilir ürünlerdir. Vücut ısısını kullanmak, giysiye veya vücuda kolayca monte edilebilen pilsiz ışıklara yol açabilir. Bu teknoloji, aynı zamanda, her zamankinden daha çok yönlü paketlerde fitness izleme ürünlerine izin vermek için kendi kendine güç veren sensörlere de uygulanabilir. (Belirli Termoelektrik, 2016).

7. Adım: Sonuç

Sonuç olarak, teknoloji ne kadar umut verici görünse de, sistem, eşit bir elektrik yükü akışını (bizim durumumuzda, sürekli ışık) sağlamak için aktif bir soğutma ve sabit bir ısı kaynağı gerektirir. Kurulumumuz soğutucuların bir buzdolabı kullanarak hızlı bir şekilde soğutulmasına izin verirken, bu deneyi herhangi bir harici elektrik olmadan yeniden oluşturmak oldukça zor olurdu; pozitif ve negatif taraflar aynı sıcaklığa ulaştığında ışık ölmüş olurdu. Teknoloji şu anda pek uygulanabilir olmasa da, sürekli yeni ve yenilikçi teknolojiler ve materyaller akışı göz önüne alındığında nereye gideceğini görmek ilginç.