Lumière provenant de l'énergie thermique pour moins de 5 $ : 7 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Nous sommes deux étudiants en design industriel aux Pays-Bas, et il s'agit d'une exploration rapide de la technologie dans le cadre du sous-cours Technology for Concept Design. En tant que designer industriel, il est utile de pouvoir analyser méthodiquement les technologies et d'en acquérir une compréhension plus approfondie pour prendre une décision bien fondée pour la mise en œuvre d'une technologie spécifique dans des concepts.

Dans le cas de cette instructable, nous sommes intéressés de voir à quel point les modules TEG peuvent être efficaces et peu coûteux, et s'ils constituent une option viable pour recharger des accessoires d'extérieur comme des banques d'alimentation ou des lampes de poche avec, par exemple, un feu de camp. Contrairement à l'alimentation par batterie, l'énergie thermique par le feu est quelque chose que nous pouvons produire n'importe où dans la nature.

Application pratique

Nous enquêtions sur l'utilisation des TEG pour le chargement des batteries et l'alimentation des lumières LED. Nous envisageons l'utilisation de modules TEG pour, par exemple, charger une lampe de poche au feu de camp afin qu'elle puisse être indépendante de l'énergie du réseau.

Notre enquête se concentre sur les solutions à faible coût que nous avons trouvées chez les détaillants en ligne chinois. Pour le moment, il est difficile de recommander des modules TEG dans une application aussi pratique car ils ont tout simplement trop peu de puissance de sortie. Bien qu'il existe aujourd'hui des modules TEG très efficaces sur le marché, leur prix n'en fait pas vraiment une option pour les petits produits de consommation comme une lampe de poche.

Étape 1: Pièces et outils

les pièces

-Module thermoélectrique (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

-Bougies

-Planche à pain

-LED rouge

-Quelques fils

-Plâtre/pâte thermique dissipateur

-Ferraille/dissipateur thermique (aluminium)

Outils

-Thermomètre de quelque sorte

-Fer à souder

-(Multimètre digital

-Briquet

-Petit étau (ou autre objet qui permet de mettre des bougies chauffe-plat en dessous)

Étape 2: Principe de fonctionnement et hypothèse

Comment ça marche?

En termes simples, un TEG (générateur thermoélectrique) convertit la chaleur en puissance électrique. Un côté doit être chauffé et l'autre côté doit être refroidi (dans notre cas, le côté avec le texte doit être refroidi). La différence de température entre les côtés supérieur et inférieur fera que les électrons des deux plaques auront des niveaux d'énergie différents (une différence de potentiel), ce qui à son tour crée un courant électrique. Ce phénomène est décrit par l'effet Seebeck. Cela signifie également que lorsque les températures des deux côtés deviennent égales, il n'y aura pas de courant électrique.

Comme mentionné, des générateurs thermoélectriques ont été choisis pour explorer. Nous utilisons un type SP1848-27145 avec un coût de moins de trois euros l'unité (frais de port compris). Nous sommes conscients qu'il existe des solutions plus chères et plus efficaces sur le marché, mais nous nous sommes intéressés au potentiel de ces TEG « bon marché ».

Hypothèse

Le site Web qui a vendu les modules TEG avait, ce qui semblait être, des revendications audacieuses pour l'efficacité de la conversion de l'énergie électrique. Nous ferons un petit détour plus tard pour explorer ces revendications.

Étape 3: Préparation et assemblage

Étape 1: Un dissipateur simple a été réalisé en utilisant des pièces de ferraille d'aluminium trouvées dans l'atelier, celles-ci ont été fixées au module TEG à l'aide de pâte thermique. Cependant, d'autres métaux tels que le cuivre, le laiton ou le mess fonctionneront également suffisamment pour cette configuration.

Étape 2: L'étape suivante consiste à souder le fil négatif du premier TEG au fil positif du deuxième TEG, ce qui garantit que le courant électrique sera en série (ce qui signifie que la sortie des deux TEG sera additionnée). Avec notre configuration, nous n'étions disponibles que pour générer environ 1,1 volt par TEG. Cela signifie que pour atteindre les 1,8 volts nécessaires pour allumer une LED rouge, un deuxième TEG a été ajouté.

Étape 3: Connectez le fil rouge (positif) du premier TEG et le fil noir (négatif) du deuxième TEG à la planche à pain à ses emplacements respectifs.

Étape 4: placez une LED rouge sur la planche à pain (rappelez-vous: la jambe la plus longue est le côté positif).

Étape 5: La dernière étape est simple*, allumez les bougies et placez les modules TEG au-dessus de la flamme. Vous voulez utiliser quelque chose de solide pour mettre les TEG par-dessus. Cela les maintient hors de contact direct avec la flamme, dans ce cas un étau a été utilisé.

Parce qu'il s'agit d'un test simple, nous n'avons pas passé beaucoup de temps à fabriquer des enceintes ou un refroidissement appropriés. Afin de garantir des résultats cohérents, nous nous sommes assurés que le TEG était positionné à égale distance de la bougie chauffe-plat pour les tests.

*Lorsque vous essayez de répéter l'expérience, il est conseillé de placer les TEG avec dissipateur thermique dans un réfrigérateur ou un congélateur afin de les refroidir. Assurez-vous de les retirer de la planche à pain avant de le faire.

Étape 4: configuration

Test initial

Notre test initial a été rapide et sale. Nous avons placé le module TEG sur une bougie chauffe-plat et refroidi l'extrémité froide du TEG à l'aide du boîtier en aluminium d'une bougie chauffe-plat et d'un glaçon. Notre thermomètre (à gauche) a été placé dans une petite pince (en haut à droite) afin de mesurer la température du haut du TEG.

Itérations pour le test final

Pour notre test final, nous avons apporté plusieurs modifications à la configuration pour garantir un résultat plus fiable. Tout d'abord nous avons changé l'eau glacée pour un refroidissement passif en utilisant un plus gros bloc d'aluminium, cela reflète de plus près la mise en œuvre potentielle. Un deuxième TEG a également été ajouté afin d'obtenir le résultat souhaité, à savoir allumer la LED rouge.

Étape 5: Résultats

L'utilisation de la configuration décrite allumera une LED rouge !

Quelle est la puissance d'un TEG ?

Le fabricant affirme que le TEG peut produire une tension en circuit ouvert allant jusqu'à 4,8 V à un courant de 669 mA lorsqu'il est soumis à une différence de température de 100 degrés. En utilisant la formule de puissance P = I * V, il est calculé que ce serait environ 3,2 watts.

Nous avons entrepris de voir à quel point nous pourrions nous rapprocher de ces revendications. Mesurant environ 250 degrés Celsius au bas du TEG et près de 100 degrés sur l'extrémité supérieure, l'expérience montre une différence considérable par rapport aux affirmations du fabricant. La tension stagne autour de 0,9 volt et 150 mA, ce qui équivaut à 0,135 watt.

Étape 6: Discussion

Notre expérience nous donne une bonne impression du potentiel de ces TEG, car nous pouvons dire à juste titre que leur sortie est décente pour un peu de plaisir et d'expérimentation, mais que la physique impliquée pour refroidir correctement ces systèmes et générer une source d'énergie stable est loin d'être faisable pour une mise en œuvre dans le monde réel, par rapport à d'autres solutions hors réseau possibles comme l'énergie solaire.

Il y a définitivement une place pour les TEG, et l'idée d'utiliser un feu de camp pour alimenter une lampe de poche semble réalisable; nous sommes juste sévèrement limités en raison des lois de la thermodynamique. Parce qu'une différence de température doit être atteinte, un côté du TEG a besoin d'un refroidissement (actif) et l'autre a besoin d'une source de chaleur constante. Ce dernier n'est pas un problème dans le cas d'un feu de camp, mais le refroidissement doit être si efficace qu'une solution de refroidissement actif sera nécessaire et cela est difficile à réaliser. Lorsque l'on considère le volume nécessaire pour faire fonctionner ces solutions, par rapport à la technologie de batterie existante, il est beaucoup plus logique de choisir une batterie pour alimenter les lumières.

Améliorations

Pour les expériences futures, il serait conseillé d'acquérir des dissipateurs thermiques appropriés (à partir d'un ordinateur en panne par exemple) et de les appliquer à la fois du côté chaud et du côté froid du TEG. Cela permet à la chaleur d'être mieux répartie et permettra à la chaleur résiduelle du côté froid de se dissiper plus facilement qu'un bloc solide d'aluminium

Applications futures de cette technologie Actuellement, les TEG se trouvent principalement dans les produits techniques (respectueux de l'environnement) comme moyen d'exploiter la chaleur résiduelle pour produire de l'énergie. À l'avenir, cette technologie a le potentiel pour beaucoup plus. Une direction intéressante pour la conception de produits d'éclairage est celle des appareils portables. L'exploitation de la chaleur corporelle pourrait conduire à des lumières sans batterie qui peuvent être facilement montées dans les vêtements ou sur le corps. Cette technologie pourrait également être appliquée dans des capteurs autoalimentés pour permettre des produits de surveillance de la condition physique dans des emballages plus polyvalents que jamais. (Evident Thermoelectrics, 2016).

Étape 7: Conclusion

En conclusion, aussi prometteuse que puisse paraître la technologie, le système nécessite un refroidissement actif et une source de chaleur constante pour assurer un flux régulier de charge électrique (dans notre cas, une lumière soutenue). Alors que notre configuration permettait un refroidissement rapide des dissipateurs thermiques à l'aide d'un réfrigérateur, cette expérience aurait été assez difficile à reproduire sans aucune électricité externe; la lumière serait morte au moment où les côtés positif et négatif atteindraient la même température. Bien que la technologie ne soit pas très applicable pour le moment, il est intéressant de voir où elle ira compte tenu du flux constant de technologies et de matériaux nouveaux et innovants.