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Potenza Solare non-PV

Potenza Solare non-PV

In questo articolo vi mostrerò come generare potenza solare usando elementi allo stato solido economici e senza l'ausilio di pannelli o celle PV (photovoltaic, fotovoltaiche appunto). Ho voluto realizzare questo progetto per tentare di abbattere il costo dei watt dei pannelli solari commercialmente disponibili.

Avrete bisogno soltanto di parti molto economici per costruirne uno. E' abbastanza facile da costruire e molto semplice. Da quel che so, la mia idea di combinare raffreddatori termoelettrici e lenti Fresnel è originale... ma probabilmente no. Perdonate i nastri di gomma e l'estintore, ma ricordo che questo è un esperimento da parte mia. I nastri isolanti sono la migliore cosa per me! Inoltre, raccomando a voi di costruire un prototipo e se (e quando) dovesse funzionare potreste procedere con un involucro migliore. Ricordate che questo è solo una lineaguida approssimativa, e la potete modificare in qualsiasi modo!

Come funziona:

Questo metodo di generatore usa una cella di Peliter per generare elettricità. Le celle di Peltier sono state disegnate per essere usate come pompe di calore. Quando applicate potenza ad una cella di Peltier, inizia a pompare calore, un lato diventa freddo e l'altro caldo. Tuttavia, potete realizzare il contrario e generare potenza da una differenza di temperatura tra i lati. Per generare questa differenza di temperatura, una lente di Fresnel metterà a fuoco la luce su un lato della cella di Peltier, fino a diventare calda. L'altro lato ha un dissipatore unito su tutta la lunghezza con una ventola alimentata dalla cella stessa.

Precauzioni:

Le lenti concentrano la luce, la quale è assorbita da qualsiasi cosa, e quando la luce viene assorbita, si crea calore. Potreste bruciare facilmente voi stessi e le altre cose. Non rimuovetele senza una copertura, perchè il sole si muove e potrebbe mettere a fuoco su qualcosa. Declino ogni responsabilità su ciò che potrebbe accadere.

Passo 1: Componenti e Strumenti

Per questo progetto, avrete bisogno di:
- una cella di Peltier (ne ho presa una a 5 dollari su Ebay, e sono ancora lì)
- una lente di Fresnel (la mia ha la dimensione di un foglio di carta da stampante, ce n'è
- una buona quantità su ebay) un dissipatore per CPU ( qualsiasi tipo di dissipatore funzionerà, che sia più grande possibile. Il mio l'ho acquistato ad un mercatino per $ 2.50)
- Una ventola a 5V ( alcune informazioni più avanti )
Strumenti ed altri materiali:
- Pasta termica
- Vernice nera (ho usato vernice spray semi-opaco e non ha preso fuoco)
- Estintore
- Materiale per saldature
- Spella fili
- Cartone per estintore
- Materiale riflettente

Nota sulla cella di Peltier:
La misura in Watt non ha effetto sulla potenza in uscita, ma ha effetto sulla resistenza interna, la quale ha effetto sulla tensione in uscita.

Attenzione alla lente di Fresnel! Non deve essere più grande di una lente d'ingrandimento per documenti, altrimenti rischiate di friggere il vostro Peltier. Probabilmente già andremo a lavorare oltre i suoi limiti di calore, il che vuol dire che non sarà l'ultimo. Il dissipatore viene usato per poter montare una ventola su di esso ma era da 12V e lavorava appena con 5V, quindi ho cercato ventole da 5V.

Passo 2 :
Preparare la cella di Peltier Per prima cosa dobbiamo avere tutto il materiale pronto. Volete la massima conduzione termica tra il lato non-caldo del Peltier e il dissipatore. Dovreste rimuovere ogni componente che potrebbe avere il dissipatore, e se dovesse avere anche la ventola, rimuovetela. Posate il Peltier su un foglio di giornale e copritelo di vernice nera solo da un lato. Ora, coprite di pasta termica il Peltier quanto basta per ricoprirlo, non troppo. Immaginate dove vorrete mettere il vostro dissipatore e fissatelo. Raccomando di posizionarlo al centro. Fissatelo dritto e muovetelo leggermente intorno per assicurarvi che la pasta si stenda bene.

Passo 3:
Montare il resto Vorrete attaccare saldamente il Peltier con il dissipatore. Ho usato un filo di ferro per fissarlo e lasciarlo scorrere come vorrete, ma qualsiasi cosa che possa resistere alle alte temperature può andare bene. Ora potreste attaccare la ventola. Ho usato le strisce di gomma alla base della ventola ed intorno per tenerlo fermo. Ho dovuto inserire dei pezzi di cartone tra la base e le alette del dissipatore per lasciare un pò di spazio tra le lame della ventola e il dissipatore.

Passo 4:
Creazione del telaio Prima della realizzazione del telaio si taglia un piano di gomma che assomiglia alla cella di Peltier e si passa sul fondo del dissipatore. Misurare la dimensione del Peltier e tagliare un buco in un pezzo di gomma grande tanto quanto il dissipatore. Assicurarsi di tagliare fori per ogni filo o qualsiasi altra cosa da portare fuori.

Ho attaccato la base con del nastro di gomma, funziona bene per me. Raccomando, se potete usare qualsiasi attrezzo per il montaggio a disposizione. Fate in modo che il nastro di gomma non vada lì dove la luce sarà concentrata. Il piano è importante altrimenti sarà difficile poter montare ovunque vogliate il Peltier con il dissipatore. Colla e nastro non fissano i dissipatori... Fanno in modo che possiate montare una scatola riflettente attorno al Peltier.

Ora parleremo di come abbiamo realizzato questo telaio e dove abbiamo immaginato di montare il nostro punto focale. Ora vogliamo realizzare un telaio per richiudere il tutto. Ci sono molti modi per realizzarne uno. Potreste realizzare una scatola, oppure una struttura pieghevole, o come l'ho realizzato io, il quale è una specie di combinazione tra le due. La strategia è la stessa per tutti gli altri. Immaginare il raggio delle misure approssimative tra la cella di Peltier e la lente per il punto focale, poichè vogliamo che la distanza della lente dal Peltier sia regolabile.

Non misurare il punto focale dove la luce è al punto più piccolo, brucerà solo fuori dal dipinto. Premete attorno alla lente finchè non avete puntate il lato alla vostra superficie di misurazione ( ho usato un fazzoletto, così da non prendere fuoco) tanto da creare uno spot a forma di quadrato, e misuratelo lì dove lo spot è leggermente piccolo rispetto alla dimensione del Peltier - ricordate, ci sono due punti dove lo spot è grande tanto quanto il Peltier. Usate quello più lontano, o lo schermo riflettente bloccherà la luce!

Una volta che avete raffigurato il raggio del punto focale, tagliate il vostro telaio. Il mio ha una slitta dove potete muovere il pannello di gomma indietro e in avanti, per poter correggere la lunghezza focale. L'assemblaggio del collettore di luce sta in questo! Un'altra cosa da ricordare quando realizzate il vostro telaio è che la direzione del calore è TUTTO, perchè questo generatore usa calore. Se per qualche motivo il dissipatore prende calore che non attraversa il Peltier (magari perchè la luce è in diminuzione) perderete molta potenza.

Passo 5:
Completamento Ora che avete il vostro telaio e tutto il resto ben montato, andremo a realizzare lo schermo riflettente di cui vi ho parlato prima. L'ho realizzato tagliando dei pezzi di gomma la metà in larghezza e un pò più lungo di un lato del Peltier, incollandoli tra loro nella forma che vedete, e ricoperto a doppio strato di fogli di alluminio all'interno. Nota: Mylar dall'interno dei sacchetti delle patatine fritte è un buon riflettore. Attualmente l'ho esteso, così da mettere una finestra in plexiglas per intrappolare il calore, ma era perpendicolare al punto focale che ha distorto le lenti... forse farò un foro.

Per dare alla ventola un pò più di potenza, ho collegato insieme una pannello solare da 3V 150mA per 3$ e l'ho posizionato in serie al Peltier. La potenza per applicazioni utili può essere prelevata dal + e dal - del Peltier perchè il pannello solare è soltanto per la ventola. Ho usato un filo elastico con delle giunture per connettere i fili. Il circuito ha il Peltier e le celle solari in serie per generare 5V per la ventola.

Passo 6:
Dalla mia installazione, la tensione registrata è stata esattamente di 2,7V. LA resistenza interna del Peltier è di 3ohm perchè a 7,5V di ingresso eroga 2,5A. Questo vuol dire che ottengo 2,7/3 = 0,9A in uscita, 2 2,7*0,9 = 2,43 W. Quindi, di seguito vi mostro il costo approssimativo per costruirlo. Dissipatore = 5$ Peltier = 5$ Lenti = 5$ Ventola = 5$ Opzionale: Celle solari = 3$ Totale: 20-25$

Equivale a 10$ per Watt, il chè è alla pari con il costo del pannelli solari commerciali. Piuttosto buono per un esperimento non testato.

Tuttavia, ci sono degli svantaggi in questo:
- Il mio telaio è troppo leggero per restare fisso verticale per cui può raccogliere energia a mezzogiorno
- Ha bisogno di essere ben mirato per essere efficiente
- E' largo
- Meno efficiente di un pannello fotovoltaico

Si, questa tecnologia non è pronta per periodo eccellente. Ma è interessante e molto facile ed economico da realizzare. Una cosa potrebbe essere splendida, eprchè la potenza in uscita è così bassa? Bene, per prima cosa la misura in Watt del Peltier non è la potenza che darà in uscita. E' la potenza che erogherà ad una tensione stimata. Un'altra cosa, non è studiato per generare elettricità. Sono stati ottimizzati per pompare calore. Per avere vantaggio nell'energia disponibile, avrete bisogno di una unità Seebeck.

Sono la stessa cosa, ma ottimizzato per generare energia. Con una unità Seebeck, la potenza in uscita potrebbe essere diverse volte maggiore. Allo stesso prezzo. Continuerò a lavorare per migliorare l'uscita. Ci sono molte cose che posso e potrò provare. Fate questo progetto da soli! Queste sono alcune idee che ho avuto: Usare qualcosa tipo LM2623, LM2361 circuito per amplificatore, o LVBoost per catturare fino a 5V per ricaricare/alimentare dispositivi USB e batterie Li.

Probabilmente dovreste averne un paio in parallelo per avere massima potenza in uscita ed una efficienza decente. Usare una delle lenti fresnel per proiettori TV e mettere a fuoco una grigli di Peltier 3x3. Metteteli in serie e non avrete bisogno di cicuiti di incremento. Costruite un tracciatore solare per incanalare la potenza tutto il giorno. Prendere un foglio di alluminio di circa 10x10 pollici, montate il Peltier+dissipatore al centro, ricoprite gli altri lati di nero, separatelo e montate plexiglas su di esso e sarà molto più che una cella fotovoltaica.

 

 

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