• si-2019.png
  • si-foto-2015.jpg
  • si-foto-2016.jpg
  • si-foto2-2015.jpg
  • si-foto2-2016.jpg
  • si-foto3-2016.jpg

V súčasnosti žijeme vo svete moderných technológii, ktoré často ovplyvňujú náš život. Zvýšené nároky na používanie elektroniky majú za následok nedostatok elektrickej energie. V súčasnosti sa preto často využívajú rôzne overené alternatívne zdroje elektrickej energie. Takýmito zdrojmi sú napríklad veterné elektrárne, fotovoltaické panely alebo vodné elektrárne. 

 

V tejto práci sme sa však zamerali na menej známy zdroj elektrickej energie, ktorý na výrobu elektrickej energie využíva teplo. Takýto zdroj nazývame termoelektrický generátor. V tejto práci sa teda zameriame na možnosti využitia tepla prostredníctvom termoelektrického generátora.

Keďže tepelné javy prebiehajú v pevných latkách, kde je dostatok nosičov nábojov, je pre termoelektrické zariadenia význačná jednoduchosť a jednoduchá prevádzka bez chemických látok alebo iných nežiaducich pohyblivých častí. I napriek týmto snahám, je vo všeobecnosti účinnosť takýchto zariadení približne len 5-7%. Vychádzame teda z predpokladu, že účinnosť týchto zariadení nie je dostačujúca. Z toho dôvodu svoj výskum zameriame aj na spracovanie a zefektívnenie už vytvorenej energie a pokúsime sa ju stabilizovať a vhodne optimalizovať pre bežné použitie. 

V prípadoch, keď je zdrojom energie nevyužité odpadové teplo, môže byť použitie termoelektrických zariadení veľkým prínosom. Navyše, využitie odpadového tepla môže byť oveľa viac ekonomicky a ekologicky efektívnejšie ako získavanie elektrickej energie konvenčnými spôsobmi.

Problematika projektu Termoelektrického generátora

V súvislosti so vzrastajúcimi cenami palív a ich nemožnosti obnovenia vzniká záujem o technológie šetrné k životnému prostrediu. Objavujú sa snahy využívať termoelektrinu pre produkciu elektrickej energie napríklad aj z odpadového tepla. Vo svete je tento trend badateľný od konca osemdesiatych rokov.
Pojem "thermoelectric effect" zahŕňa tri samostatne účinky: Seebeckov účinok, Peltierov účinok, a Thomsonov účinok. Učebnice odkazujú aj na Peltier–Seebeck účinok, ale ide vlastne len o opaky toho istého javu. Termoelektrický efekt je priamy prevod teplotných rozdielov do elektrického napätia a naopak. V praxi to znamená, že napätie dosiahneme rozdielom teplôt na opačných stranách zariadenia.

Teoretický rozbor termoelektrického efektu

Prvým objaviteľom tohto javu, bol Thomas Johann Seebeck v roku 1821. Seebeck zistil, že elektrické napätie existuje medzi dvoma koncami kovovej tyče v prípade, že medzi týmito koncami existuje teplotný rozdiel. Tento rozdiel sa nazýva –gradient ΔT. Všeobecne pod termoelektrickým javom rozumieme taký proces napätia, ktorý nastáva pri teplotných rozdieloch medzi dvoma rozdielnymi kovmi alebo polovodičmi. Práve tento proces spôsobuje nepretržité prúdenie elektrónov (pokiaľ vodiče tvoria uzatvorený obvod). Vzniknuté napätie je vysoké len rádovo niekoľko mikrovoltov na stupeň Celzia. Keďže Seebeckov účinok sa v praxi využíva len na meracie účely, museli sme pátrať ďalej a dostali sme sa k francúzskemu fyzikovi Jean C. Peltierovi, ktorý v roku 1834 vytvoril stavebný prvok (po ňom nazvaný Peltierov článok), ktorý pri pretekaní elektrického prúdu, vyvinie rozdielne teploty na jeho stykových plochách (jedna plocha sa schladí a druhá sa zohreje, tzv. Peltierov jav). Článok bol vytvorený predovšetkým na chladenie alebo ohrev, ale taktiež dokáže fungovať aj ako generátor (vychádzame z princípu Seebeckoveho javu). Zariadenia, ktoré fungujú na týchto princípoch nazývame termoelektrické generátory. Typická účinnosť týchto zariadení sa pohybuje okolo 5-8%. Prvé termoelektrické generátory (koniec 19. storočia), ktoré zužitkovávali tieto fyzikálne javy a využívali bimetalické termočlánky, boli značne objemné a veľmi nadrozmerné. Dnešné podobné termoelektrické zariadenia (termoelektrické moduly) sú zostavené z polovodičov, vyrobených na báze Telluridu bizmutitého (Bi2Te3), Telluridu olovnatého (PbTe), Skutteruditov (CoSb3), Slitinu Si-Ge a ďalších polovodičových zlúčenín a ich kombinácií. Ich použitie je závislé na rozsahu pracovných teplôt, v ktorých ma termoelektrický generátor pracovať. Tieto termoelektrické moduly sú zložené výhradne z pevných nepohyblivých častí a vyznačujú sa dlhodobou spoľahlivosťou, bezporuchovosťou a tichou prácou. Tieto moduly sú preto označované ako bezúdržbová technika.

Termoelektrická výroba elektrickej energie

Základným konštrukčným prvkom termoelektrických zariadení sú termoelektrické dvojice tvorené polovodičovým p–n priechodom (obr. 1). Princíp procesu možno opísať nasledovne: Pokiaľ je na p–n prechod privedené teplo, dochádza v polovodičoch k prerozdeleniu majoritných nosičov náboja. V polovodiči typu N dochádza k pohybu elektrónu, v polovodiči typu P k pohybu kladných dier. Tieto náboje sa následne koncentrujú pri chladnejších koncoch polovodičov, medzi ktorými vzniká rozdiel potenciálov. Ak sa uzatvorí daný obvod, dochádza k pohybu elektrónov cez umožnený prechod, cez ktorý sa následne umožní prietok elektrického prúdu.

image1

Termoelektrická dvojica

Pre dosiahnutie väčšieho napätia sa dvojice elektricky spájajú do série (paralelne) a tvoria tzv. termoelektrické moduly (obr. 2). Geometria modulov môže byť rôzna.
Konštrukcia zobrazená na obr. 2 je najbežnejším typom dostupných termoelektrických modulov.

image2

Termoelektrický modul

Uplatnenie takto získanej termoelektriny je široké. Výkony bežných termoelektrických generátorov sa pohybujú v rozmedzí miliwattov až desiatok kilowattov. Používajú sa ako miniatúrne zdroje v detektoroch, senzoroch, tiež ako prenosné zdroje alebo zdroje autonómnych systémov v priemyselných a vojenských aplikáciách. Zdrojom tepla môže byť napr. ľudské telo, odpadové teplo, teplo chladiacich vôd technologických zariadení, spáleniny vzniknuté spaľovaním fosílnych palív alebo odpadov, teplo rozpadu rádioaktívnych izotopov alebo iné zdroje.

Vlastný projekt termoelektrického generátora

Pri projektovaní termoelektrického generátora sme najprv museli mať prvotnú víziu a nápad, ktorý sme sa snažili dostať do polohy realizovateľnosti. Chceli sme vytvoriť niečo nové a ľahko využiteľné v bežnom živote. Termoelektrický generátor je však dosť široký pojem a taktiež teplo mu vieme dodať rôznymi spôsobmi. V našom vlastnom projekte sme sa zamerali na zdroj tepla, ktorý je ľahko dostupný. Naším zdrojom tepla bude z tohto dôvodu slnko.

Kritéria výroby solárneho termoelektrického generátora

Pri projektovaní nami vymysleného solárneho panelu sme zohľadnili kritériá, ktoré boli potrebné pre efektívne vyhotovenie projektu týmito kritériami sú:
 konštrukčná jednoduchosť,
 dostupnosť materiálov a súčiastok,
 finančný limit,
 vhodné prevedenie.

Na prvý pohľad sa môže zdať, že ide o jednoduché zariadenie, ale pod obalom sa skrýva náročná manuálna práca a plánovanie konštrukčných riešení, ktoré aplikujú
teoretické poznatky do praxe. V prvom rade sme kládli dôraz na kvalitu a dôkladné prevedenie technických, ako aj konštrukčných prvkov projektu. Snažili sme sa, aby náš výrobok bol spoľahlivý, precízne vyrobený, fungoval a pritom bol aj úhľadne vyrobený. Pred samotným začatím práce, sme museli zabezpečiť aj vhodné podmienky pre fungovanie zariadenia. Týmito podmienkami sú:
 dodať teplo
 uschovať teplo
 chladiť článok

Najprv sme si zadovážili najdôležitejšiu súčiastku, ktorou je Peltierov článok. Zvolili sme si priemerný Peltierov článok typu TEC1-12710 STONECOLD. Prečo práve priemerný? Chceme demonštrovať, že ak dokážeme vytvoriť elektrickú energiu s niečím priemerným, s niečím nadpriemerným dokážeme oveľa väčší úspech. Dôležité parametre článku sú:

 vnútorný odpor: 1.08Ω ,
 maximálna teplota: 138°C ,
 veľkosť 40mm x 40mm x 3.3mm.

Zdôvodnenie parametrov: vnútorný odpor – je odpor článku, vytvára úbytok napätia, a preto čím nižší vnútorný odpor článku, tým viac dokáže článok vyprodukovaťnemáme straty. Keďže vieme, že slnko dokáže zohriať plech na vysokú teplotu, museli sme brať do úvahy aj maximálnu teplotu článku, aby sme vedeli, do akej miery naše zariadenie túto teplotu znesie. Pre náš projekt je podstatná aj veľkosť článku, keďže jeho rozmery majú vplyv na príjem tepla, a tak isto aj na odvod tepla.

Konštrukcia termoelektrického solárneho generátora

Samotný proces výroby solárneho termoelektrického generátora prebiehal v dvoch skúšobných verziách. Verzia číslo jeden bola vytvorená z polystyrénu, pri ktorom sme chceli využiť jeho vlastnosť tepelnej izolácie. Tepelnú izoláciu sme považovali za dôležitú pre dosiahnutie teplotného rozdielu a udržanie tepla medzi oboma stranami tepelných pólov. Na obr. 3 vidieť pohľad prierezom zariadenia. Žiaľ, verzia číslo jeden zlyhala pri testovaní, pretože vplyvom slnečného žiarenia a následne vyprodukovaného tepla došlo k deštrukcii polystyrénu roztavením (obr. 4).

image3 1

Prierez slnečným termoelektrickým generátorom

image4

Deštrukcia prvej verzií panelu

Pri prvej verzii došlo k nepredvídanej deštrukcii panelu, zamýšľali sme sa nad spoľahlivejším riešením, ktoré by už vysokú teplotu znieslo bez následkov. Ako materiál sme si vybrali ekonomický, recyklovateľný a prírodný prirodzene izolačný materiál - drevo.
Solárny panel druhej verzie sa skladá z niekoľkých funkčných častí.

Technické prevedenie:
 Peltierov článok,
 DC-DC menič,

Konštrukčné prevedenie:
 konštrukcia rámu,
 konštrukcia teplotných rozdielov.

Pre druhú verziu sme teda použili rám z OSB dosky (vhodná aj kvôli svojej tvrdosti a hustote), ktorú sme ošetrili proti vonkajším vplyvom prostredia. Čierny hliníkový plech s rozmermi vnútornej konštrukcie zariadenia sa stal naším „zachytávačom“ tepla. Teplo bolo potrebné ohraničiť a taktiež nasmerovať k Peltierovému článku. Z toho dôvodu sme použili tepelnú izoláciu nazývanú tvrdená minerálna vlna, ktorá sa používa na zatepľovanie striech/fasád domov. Je nehorľavá a tepelne sa nedá poškodiť. Smerovanie tepla bolo zabezpečené hliníkovým kvádrom umiestneným pod plechom. Hranol s rozmermi Peltieroveho článku smeroval teplo presne na článok, ako možno vidieť na obr. 5. medzi každú dotykovú plochu (plech + hranol + článok + hranol + plech) sme použili teplovodivú pastu, ktorá zabezpečuje lepší prechod tepla. Na úschovu tepla slúži vzduchová medzera nad plechom, ktorá je uzatvorená polykarbonátom (lexan), ktorý sa nachádza v drážke konštrukcie.

image5 1

Panel verzia dva v reze

Konštrukciu s predprípravou tepelnej izolácie so vzduchovou medzerou a prierezom dreveného rámu môžeme vidieť na obr. 6. Podobne sme zabezpečili aj chladenie na druhej strane článku.

image6

Tepelná izolácia so vzduchovou medzerou

Peltierov článok, sme pevne upevnili a jeho okolie zaizolovali, aby sme dosiahli čo najlepší teplotný rozdiel. Celý panel sme nakoniec plechovými lištami spevnili a esteticky upravili (obr. 7).

image7

Skompletizovaný panel

Tým bol náš panel hotový, splnili sme dané kritéria, panel bol pripravený na rôzne skúšky a merania.

Testovanie solárneho termoelektrického generátora

Po vytvorení celého panelu prišlo na rad meranie a overovanie správneho fungovania panelu. Už po prvých sekundách testovania generátora, nám začal Peltierov článok dodávať elektrickú energiu (obr. 7). Po niekoľkých minútach sme sa dostali predpokladané maximum.

image8

Testovanie solárneho termoelektrického generátora

Získané údaje vyvíjajúceho sa priebehu výšky napätia v pomere k priebehu času sme zaznamenali do tabuľky (tab. 1). Zdôrazňujeme, že toto meranie bolo len skúšobné a veľmi rýchle, vzhľadom na krátky čas reakcie generátora. Udivuje to zvlášť preto, že meranie prebehlo v zimnom období. Táto skutočnosť nás utvrdila v tom, že panel prejaví svoju účinnosť ešte viac, v teplých mesiacoch roka.

Testovacie údaje sme zbierali za týchto podmienok:
 Teplota vzduchu 9°C
 Svietivosť 10 000 lux
 Dátum čas merania 17.2.2016
 čas 10:40

tab1

Testovacie meranie nás presvedčilo o tom, že je možné vytvoriť taký solárny panel, ktorý na základe prijímania tepla zo slnka, dokáže skutočne vyrábať elektrickú energiu. Naše maximum sme dosiahli približne po hodine a maximálnymi hodnotami bolo napätie 1,45 V a prúd približne 350mA.
V ďalšej fáze merania sa chceme sústrediť na účinok a efektivitu vplyvu a sily vonkajšej teploty na tvorbu elektrickej energie a taktiež na meranie teploty vo vnútri a vonkajšku panelu. Z toho dôvodu sme navrhli také meranie, ktoré by obsahovalo všetky spomínané doležíte faktory. Výsledky merania uvedieme v tab. 2.
Naše ideálne meranie bude spočívať v presnom zaznáme údajov, ktorých dôsledné meranie podstatne vystihuje správanie generátora preto kladieme dôraz na správny výber meracích fyzikálnych veličín. Prvou dôležitou hodnotou je čas, počas ktorého prebieha testovanie. Fungovanie celého zariadenia sme si stanovili sledovať a zaznamenávať každú minútu. Usudzujeme tak podľa prvého skúšobného merania, pri ktorom sme zároveň zistili aj to, že najväčšia zmena vzniká v prvej polhodine merania. Keďže vychádzame s faktu, že elektrická energia vzniká z rozdielu teplôt je dôležité poznať aj to, aký veľký je rozdiel teplôt, nazývaný teplotný rozdiel – Gradient ΔT. Vypočítame ho rozdielom medzi teplotou vo vnútri generátora a teplotou chladenia. Prúdenie vzduchu má vplyv na chladenie, preto sme si stanovili aj škálu prúdenia vzduchu od 1 po 5, kde 1 je žiadne prúdenie - 5 silný vietor. Prúdenie vzduchu sme pozorovali našim pocitom a predpoveďou počasia. Keďže zaznamenávame aj elektrický prúd (meraním na premenlivom odpore) dokážeme na záver vypočítať výkon zo vzťahu P = I.U a hodnoty vyhodnotíme tým zistíme koľko elektrickej energie sme schopný vytvoriť a akú účinnosť ma naše zariadenie.

tab2

Modifikácie solárneho termoelektrického generátora

V časti modifikácii panelu sa budeme venovať vylepšeniam panelu. Prvým vylepšením je spracovanie elektrickej energie. Dôležitým cieľom projektu bolo vytvoriť elektronický obvod, ktorým by sme aj z malého napätia boli schopný vyprodukovať podstatne väčšie napätie. Takéto obvody nazývame DC-DC meniče. Výhodou týchto zariadení je, že pracujú aj ako stabilizátory, prevedením malého nestáleho napätia na dosiahnutie väčšieho stáleho napätia. Pre našu aplikáciu sme si vybrali obvod, ktorého označenie je LTC 3108 od firmy Linear technology. Je to obvod priamo vymyslený pre aplikáciu termoelektrického článku a začína pracovať už pri hodnote 20mV. Ponúka nám štyri pracovne výstupy: 2.35V, 3.3V, 4.1V a 5V. Pre naše potreby sme si vybrali 5V, čo je vyhovujúce napätie pre nabíjanie napr. smartfónu, dobíjanie batérií alebo aj na nejaké osvetlenie. 

Zostavenie obvodu a jeho implementácia do solárneho generátora vyžadovalo množstvo tvorivých síl. Veľa času zabralo aj odstraňovanie nedostatkov, vylaďovanie detailov, ako aj samotná výroba tohto zariadenia. Nakoniec sa nám však podarilo zostaviť obvod, ktorý pracuje bezproblémovo (obr. 8).

image9

DC-DC menič s integrovaným obvodom LTC3108

Druhou modifikáciou je vylepšené chladenie. Je to modifikácia, ktorú je dobré uskutočniť, pretože môže zlepšiť teplotný rozdiel a tým aj zlepšiť merané hodnoty. Keďže vzniknuté teplo vo vnútri panela priamo pôsobí aj na zmenu teploty chladiča a tým aj znižuje teplotný rozdiel, mohli sme navrhnúť dokonalejšie riešenie pasívneho chladenia. Istým riešením by bol väčší chladič, rebrovane, ale je možné aj vytvoriť akúsi uzatvorenú vzduchovú medzeru, nad chladiacim otvorom, kde by sme zdola prividel hadicou chladnejší vzduch napríklad s pivnice alebo iného chladného miesta. Túto medzeru by sme zvrchu otvorili. Dôsledkom toho, že by sme uzavreli chladič a priviedli mu zospodu chladný vzduch by bolo vytvorenie prítlaku (komínový efekt), kedy by teplejší vzduch vychádzal vrchom a zospodu by sa ťahal chladnejší vzduch. Tým by vznikol ľudovo povedané, prievan. Takto by sme dosiahli väčší teplotný rozdiel a výsledkom by bola väčšia elektrická energia.

Chceli by sme podotknúť, že celý projekt solárneho panelu je založený na priemernom Peltierovom článku, čiže náš projekt nám umožňuje veľké množstvo
ďalších modifikácii a vylepšení. Pri našom projekte sme dostali veľa nových inšpirácii využitia odpadového tepla na výrobu elektrickej energie. Vytvorili sme funkčný model minielektrárne použitím jedného zdroja tepla – sviečky.

Prínos pre životné prostredie

V tejto časti sa budeme venovať využitiu termoelektrického generátora vzhľadom na životné prostredie. V dnešnej dobe je požiadavka z hľadiska úspory a ochrany životného prostredia. Jedna z úspor je aj znižovať odber elektrickej energie alebo vytvárať „zelenú“ elektrickú energiu alternatívnymi zdrojmi. V súčasnosti sa najviac využívajú tieto alternatívne zdroje: veterné elektrárne, vodné elektrárne, jadrové elektrárne a fotovoltaické elektrárne. Každý tento alternatívny zdroj ma aj nepriaznivý dopad na životné prostredie. Turbíny veterných elektrárni často spôsobujú úmrtia lietajúcich vtákov dokonca aj ohrozených druhov. Vodné a jadrové elektrárne, ich poruchy majú katastrofické následky. Fotovoltaické panely zaberajú veľa miesta, ich životnosť je obmedzená a v prípade deštrukcie sa nebezpečne latky dostavajú
do prírody a tým ju poškodzujú.
Preto chceme navrhnúť využitie menej známeho alternatívneho zdroja ktorý sa neskladá zo žiadnych nebezpečných látok, ktorý má dlhú životnosť, ktorý nemusí byť
nijako viditeľne umiestnený takýmto zdrojom je termoelektrický generátor. Dôležite je uvedomiť si, za akých podmienok generátor funguje - ak máme rozdiel teplôt. Tento rozdiel teplôt môžeme objaviť všade v domácnostiach napríklad potrubia teplej a studenej vody, vonkajšia a vnútorná teplota vzduchu , pivničná teplota a teplota obývacích časti domu, je len na nás, kde si to vieme predstaviť.
Vzhľadom na predmet racionalizácie spotreby energie sa nám poskytuje príležitosť využitia termoelektrického generátora. Slovensko ako súčasť Európskej únie prevzalo na seba záväzok implementovať predpisy, ktoré napomôžu dosiahnutiu cieľa znížiť do roka 2020 oproti referenčnému obdobiu spotrebu energie o 20 %, zvýšiť podiel obnoviteľných zdrojov na 20 % z celkovej spotreby energie. Vzhľadom na prejavujúce sa problémy so životným prostredím, vrátane klimatických zmien, je to pochopiteľný postup. V rámci tejto racionalizácie je skutočnosť že od 1.1.2016 sa majú stavať budovy s ultranízkou potrebou elektrickej energie a od 1.1.2021 budovy s takmer nulovou potrebou energie. Len pre ozrejmenie ide o zníženie potreby primárnej energie rodinných domov zo 109 až 216 kWh/m2.rok (nízkoenergetická úroveň výstavby) na maximálne 54 kWh/m2.rok (budovy s takmer nulovou potrebou energie). A tu je naša príležitosť využiteľnosti termoelektrického generátora, keďže v najbližších rokoch vznikne dopyt po alternatívnych zdrojoch.

Z dôvodu, že požiadavka na ekologické stavby je jedna z možností aj maximálne využitie priestoru. Pod tým rozumieme využiť priestor tak, aby alternatívne zdroje zaberali čo najmenej priestoru a nenarušovali vzhľad. V úvode problematiky životného prostredia sme si spomínali výhody termoelektrického generátora, ktoré sa nám teraz zídu. Vieme, že chceme chrániť životné prostredie, taktiež sa nám poskytol priestor pre realizáciu. Termoelektrický generátor môže byť riešením, ako ušetriť životne prostredie. Vezmime si teoretický príklad bežného domu a bežnej rodiny, ktorej spotreba elektrickej energie je priemerne 3000 kWh (platí pre domácnosť, v ktorej sa nevykuruje elektrickou energiou). Táto domácnosť nevyužíva žiadne alternatívne zdroje pretože žiaden zdroj im nevyhovoval. Zistila, že fotovoltaický systém sa im neoplatí z hľadiska návratnosti. Návratnosť by bola 10 rokov a životnosť bežného fotovoltaického panelu je 10-15 rokov. Taktiež zvažovala možnosť mini veternej elektrárne a dospela k záveru, že údržba, miesto inštalácie a nepredvídanosť veterných podmienok túto možnosť vylučuje.
Nad jadrovou a vodnou elektrárňou ani nepremýšľala. Čo tak možnosť využitia termoelektrického generátora? Vieme, že termoelektrický generátor sa dá aplikovať skoro všade. Preto sa začneme venovať možnostiam využitia termoelektrického generátora na tomto konkrétnom prípade. Prvým dôležitým faktorom je zistiť, kde sa teplo nachádza preto sme vytvorili akýsi zoznam teplých miest v domácnostiach napríklad rozvod teplej vody, rozvod kúrenia, teplo v okolí kozubu, povala-teplo na škridle, teplejšia miestnosť. Na všetky tieto teple miesta sa dá umiestniť termočlánok.
Rozvod teplej vody - výhodou je celoročná prevádzka teplu vodu potrebujeme celoročne, väčšinou je pri rozvode teplej vody aj rozvod studenej, čo je ideálne riešenie na rozdiel teplôt. Vieme totiž, že rozvod teplej vody ma približne 40°C a rozvod studenej 15°C a to postačuje na naplnenie našich požiadaviek na technické riešenie. Umiestnením termoelektrického článku medzi tieto potrubia správnym nasmerovaním, dokážeme naplniť požadovaný efekt a účinnosť.
Rozvod kúrenia - nevýhodou je iba sezónna prevádzka, kúrenie potrebujeme iba v zime, keďže systém kúrenia je akýsi obvod zo začiatkom a koncom. Termoelektrické zariadenie by sme umiestnili na koniec obvodu, aby sme predišli stratám pred vykurovaním. Teplo v okolí kozubu - tiež sa jedná a produkovanie sezónneho tepla. Preto prichádzame s riešením vložiť termoelektricky článok do konštrukcie kozubu a chladiť ho dimenzovaným chladičom do studeného prostredia napríklad do vonkajších priestorov domu. Tiež je tu riešenie prenosného termoelektrického generátora, ktorý by sme položili na kozub v čase kúrenia.

Teplo na povale - opäť len sezónne generovanie, ak je v lete teplo škridla na streche sa dokáže rozpáliť na pomerne vysokú teplotu umiestniť termoelektrický generátor na škridlu zo strany povaly a chladenie poskytnúť vzduchom, ktorý je chladnejší ako škridla. Teplota v miestnosti - vychádzame s podnetu, že každá izba ma inú teplotu. V domoch má pivnica alebo komora chladnejší vzduch ako obývacia miestnosť. Preto sme sa zamerali na pivnične priestory, v ktorých je pomerne stála teplota pohybujúca sa medzi 12-17°C a rozdielová teplota v domácnosti kumulujúca sa od 19°C do 23°C. Opísať nejako všeobecne ako a kde by sa dal umiestniť termoelektrický generátor v tomto prípade sa dá len ťažko. Potrebujeme konkrétny príklad umiestnenia. Ale vo všeobecnosti vieme povedať, že by bolo potrebné prepojiť zdroj tepla medzi chladnejšími a teplejšími miestnosťami.

Vysvetlili sme si rôzne aplikácie termoelektrického generátora v domácnosti, z toho vyvodzujeme záver, že ak použijeme termoelektrický generátor na všetkých dostupných miestach, môže sa stať termoelektrický generátor plnohodnotným alternatívnym zdrojom elektrickej energie počas celého roka.
Požívanie termoelektrického generátora v domácnosti sa môže stať veľkým prínosom. Napríklad by to mohlo mať za dôsledok zmiznutie solárnych panelov zo striech, alebo zánik malých veterných elektrárni, čo by pomohlo ku krajšiemu životnému prostrediu. Vieme si reálne predstaviť používať termoelektrické generátory
v domácnostiach. Ďalej sa chceme zamerať na praktickú realizáciu takéhoto domu a vypočítať zisk pre priemernú domácnosť. Tento náš projekt sa stal niečím viac ako len vyhotovením solárneho panelu na princípe termoelektrického efektu. Stal sa víziou do blízkej budúcnosti, kedy stúpne dopyt po alternatívnych zdrojov. Dokázali sme, že termoelektrický generátor dokáže ušetriť životné prostredie a taktiež naše peňaženky.

Záver

Nápad vytvoriť termoelektrický generátor, ktorého funkciou je premeniť teplo na elektrickú energiu bol zrealizovaný. Podarilo sa nám vytvoriť taký solárny panel, ktorý
funguje na princípe termoelektrického javu. Tento panel sme následne otestovali a navrhli vhodné meranie. Výsledkami meraní sme dokázali, že aj napriek nízkej účinnosti termoelektrických zariadení (5-8%) sa nám podarilo vytvoriť funkčný panel, ktorý bol schopný dodávať elektrickú energiu a konkurovať fotovoltaickým panelom. Vytvorili sme novú technológiu solárnych panelov a tým nový spôsob získavania elektrickej energie zo slnka. Podobne sme stabilizovali elektrickú energiu, a to pomocou dc-dc meniča, ktorý nám energiu dodanú patrične upravuje a poskytne požadovanú hodnotu napätia pre nabíjanie smartfónu. Ciele projektu stanovené v úvode sme teda naplnili v plnej miere.
Navrhli sme tiež modifikácie pre vylepšenie panelu a v blízkej budúcnosti plánujeme zrealizovať širšie meranie a skúšky, podľa ktorých budeme vedieť vypočítať
energiu, ktorú sme schopní dodať prostredníctvom tohto zaujímavého zariadenia. Taktiež sa nám podarilo vytvoriť niekoľko funkčných prototypov termoelektrického generátora. Prínos práce spočíva v uvedomení si že aj teplo okolo nás sa dá premeniť na elektrickú energiu a tým demonštrovať menej známy alternatívny zdroj.
Keďže prichádzame s myšlienkou vpasovať termoelektrický generátor do bežného života, zisťujeme výhody použitia v domácnostiach. Vieme, že iné alternatívne zdroje sú esteticky viditeľné a sú vyhotovené s materiálov škodlivých životnému prostrediu, pričom termoelektrický generátor nemusí byť viditeľne umiestnený a taktiež jeho materiál nepoškodzuje životné prostredie.
Vieme si reálne predstaviť používať termoelektrické generátory v domácnostiach. Ďalej sa chceme zamerať na praktickú realizáciu domu a vypočítať zisk pre priemernú domácnosť. Tento náš projekt sa stal niečím viac ako len vyhotovením solárneho panelu na princípe termoelektrického efektu. Stal sa víziou do blízkej budúcnosti, kedy stúpne dopyt po alternatívnych zdrojoch. Dokázali sme, že termoelektrický generátor dokáže ušetriť životné prostredie a taktiež naše peňaženky.

 

 

 

© 2019 Súťaž: Strojár - Inovátor
Back to Top