Utvärdering av kommersiell TEG-enhet på en värmeplatta : Generering av elektricitet från temperaturskillnader

• Main Author: Svensson, Andreas
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: Högskolan Dalarna, Institutionen för information och teknik 2021
• Subjects: Energy technology; Seebeck effect; TEG; waste heat; wood-burning stove; fluid mechanics; thermodynamics; power; current; voltage; electrical engineering; heat plate; Energiteknik; Seebeckeffekt; spillvärme; vedkamin; strömningslära; termodynamik; effekt; ström; spänning; värmeplatta; ellära; Energy Engineering
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:du-37793

Att minska energianvändningen är något det pratats mer och mer om de senaste åren. Det finns olika sätt att minska energianvändningen på och ett av dessa är att återvinna värmeenergi. Det kan gälla både spillvärme och nyttig värme. Detta går att tillämpa i industrin, transportsektorn, hushåll och till vardags. Gemensamt för dessa processer är att det används stora mängder energi vilket till stor grad består av förluster till omgivningen eller att processerna inte optimeras. På senare tid har det forskats kring teknologi som kan ta vara på denna värmeenergi och på så vis minska förlusterna. En teknologi för detta är termoelektriska generatorer (TEG) som bygger på Seebeckeffekten för att generera elektricitet från temperaturskillnader. När ett TEG-element utsätts för värme på en sida och kyla på den andra sidan så genereras en elektrisk spänning. En elektrisk ström och effekt kan tas ur kretsen om elementet kopplas till en elektrisk last. Materialet i elementet består av halvledarmaterial med låg värmeledningsförmåga och en hög elektrisk ledningsförmåga. Teknologin har funnits länge men aldrig tillämpats i någon större grad. Nu på senare år har intresset ökat och kommersiella produkter med TEG-element har tagits fram. I detta arbete har en sådan produkt testats för att se hur lämpligt det skulle vara att använda dessa vid hushåll som inte är anslutna till elnätet och har en vedkamin för uppvärmning. TEG-enheten testas på en värmeplatta där ställbara temperaturer är möjliga för att testa prestandan vid temperaturerna 150° C, 200° C och 230° C. En krets sätts ihop för att kunna mäta av värden på spänning och ström vid olika laster som sätts med resistorer. Mätningarna görs med en ökning på 0,1 A vid varje mätning. Resultatet från dessa tester visar att maximal effekt på 14 W uppnås hos produkten vid 230° C. När modifiering av produkten görs för att öka temperaturskillnaden uppnås 17,8 W vilket tyder på att effekten ökar när delta T ökar. Den spänning som uppnås vid öppen krets var som högst 31 V och vid maximal effekt var den 17,8 V. Strömmen var då 1 A. De resultat som testerna gav levde inte upp till de 25 W som produkten sägs kunna ge. Produkten saknar även viktiga komponenter så som spänningsreglerare.Det går av både teori och tester avgöra att det är ett lämpligt sätt att använda sig av TEG-enheter för att generera små mängder elektricitet vid hushåll utan koppling till elnätet. === In recent years the topic of reducing the energy usage has been on the agenda. There are several ways of reducing the energy usage and one of these is to recycle heat energy. It could be both waste heat and useful heat. This can be implied to the industry, transport sector, households and on daily activities. The common factor between these is that large quantities of energy is used and to a large extent consists of losses to the surrounding or from processes that are not optimized. In recent time there has been done research around technology that can recycle and use this heat energy and in return reduce the energy usage. One technology to do this is thermoelectric generators (TEG) that are implementing the Seebeck effect to generate electricity from temperature differences. When a TEG-element have one side that is exposed to a heat source and one side being cooled down an electric voltage is being generated. An electric current and power can then be used from the circuit if the element is connected to an electric load. The material in the element exists of semiconductive materials with low heat conductivity and high electric conductivity. The technology has existed for a long time but has never been implemented to a larger extent. It is only in recent years that the interest has grown and some commercial products with TEG-elements has been developed. In this thesis one of these products has been tested to see how viable it would be to use these within a household that is not connected to the electrical grid and where the house is heated with a wood-burning stove. The TEG-product is tested on a heat plate where it is possible to set a desired temperature. The temperatures of 150° C, 200° C and 230° C are chosen for testing the performance of the product. A circuit is put together to be able to read the values of the voltage and current at different loads that are set with resistors. The measurements are done with an increase of 0,1 A for every measurement. The result from these tests shows that the maximum power of 14 W is achieved at 230° C on the hot side. But when modification of the product is made to increase the temperature difference a value of 17,8 W is attained. This indicate that the power is increasing when the temperature difference is increasing. The attained voltage at open circuit was as highest 31 V and at maximum power it was 17,8 V. The current was then 1 A. The results that the testing gave did not match the value of 25 W that the datasheet says the product can deliver. Also, the product is missing important components such as voltage regulator.It is possible from both the theory and the testing to see that it is suitable to use a TEG-product to generate small amount of electricity to households that are not connected to the electrical grid.