Projekt 35c: Energy Harvesting - Versionsgeschichte

Ulrich Schneider: /* Literatur */

2019-03-08T19:21:13Z

Literatur

← Nächstältere Version		Version vom 8. März 2019, 19:21 Uhr
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Kai Hattwig: /* Umsetzung Elektrisch */

2019-01-17T20:51:16Z

Umsetzung Elektrisch

← Nächstältere Version		Version vom 17. Januar 2019, 20:51 Uhr
Zeile 67:		Zeile 67:
	*Trafo T1 mit 2x1mH nutzt Schwingverhalten zur Spannungsanhebung		*Trafo T1 mit 2x1mH nutzt Schwingverhalten zur Spannungsanhebung
	*Transistor Q1 erzeugt Schwingverhalten des Trafos		*Transistor Q1 erzeugt Schwingverhalten des Trafos
	*Diode D1 verhindert, dass der Strom zurück fließt, da die Ausgangsspannung höher als Eingangsspannung		*Diode D1 verhindert, dass der Strom zurück fließt, da die Ausgangsspannung höher als Eingangsspannung ist
	*Widerstände R1, R2 und R3 zur Strombegrenzung		*Widerstände R1, R2 und R3 zur Strombegrenzung
	*Dioden D2 und D3 im Ausgang in Reihe geschaltet, zur Spannungsbegrenzung von 1,2 Volt		*Dioden D2 und D3 im Ausgang in Reihe geschaltet, zur Spannungsbegrenzung von 1,2 Volt

Kai Hattwig: /* Umsetzung Elektrisch */

2019-01-17T20:51:04Z

Umsetzung Elektrisch

← Nächstältere Version		Version vom 17. Januar 2019, 20:51 Uhr
Zeile 67:		Zeile 67:
	*Trafo T1 mit 2x1mH nutzt Schwingverhalten zur Spannungsanhebung		*Trafo T1 mit 2x1mH nutzt Schwingverhalten zur Spannungsanhebung
	*Transistor Q1 erzeugt Schwingverhalten des Trafos		*Transistor Q1 erzeugt Schwingverhalten des Trafos
	*Diode D1 verhindert, dass der Strom ~~wieder~~ zurück fließt		*Diode D1 verhindert, dass der Strom zurück fließt, da die Ausgangsspannung höher als Eingangsspannung
	*Widerstände R1, R2 und R3 zur Strombegrenzung		*Widerstände R1, R2 und R3 zur Strombegrenzung
	*Dioden D2 und D3 im Ausgang in Reihe geschaltet, zur Spannungsbegrenzung von 1,2 Volt		*Dioden D2 und D3 im Ausgang in Reihe geschaltet, zur Spannungsbegrenzung von 1,2 Volt

Kai Hattwig: /* Umsetzung Elektrisch */

2019-01-17T20:50:18Z

Umsetzung Elektrisch

← Nächstältere Version		Version vom 17. Januar 2019, 20:50 Uhr
Zeile 64:		Zeile 64:
	Zunächst besteht die Annahme, laut Datenblätter der Peltier-Elemente, dass die Elemente eine hohe Ausgangsspannung bei geringen Temperaturdifferenzen liefern. Durch die Messung der Ausgangsspannung bei geringem Temperaturunterschied, kann jedoch nur eine geringe Ausgangsspannung gemessen werden.		Zunächst besteht die Annahme, laut Datenblätter der Peltier-Elemente, dass die Elemente eine hohe Ausgangsspannung bei geringen Temperaturdifferenzen liefern. Durch die Messung der Ausgangsspannung bei geringem Temperaturunterschied, kann jedoch nur eine geringe Ausgangsspannung gemessen werden.
	So entsteht die Anforderung, dass eine Spannungsanhebung auf die geforderten 1,2 Volt (Betriebsspannung Uhr) stattfinden muss. Dies wird einerseits dadurch erreicht, dass zwei Peltier-Elemente in Reihe geschaltet werden und die Einzelspannungen der Elemente sich addieren. Des weiteren erfolgt die Spannungsanhebung mittels einer "Joule-Thief" Schaltung. Eine Erklärung zur Schaltung wird im folgenden Video erläutert [https://www.youtube.com/watch?v=TEAqLBwKtw4 Joule Thief]. Die rechts abgebildete Schaltung ist auf die geforderten Parameter ausgelegt.		So entsteht die Anforderung, dass eine Spannungsanhebung auf die geforderten 1,2 Volt (Betriebsspannung Uhr) stattfinden muss. Dies wird einerseits dadurch erreicht, dass zwei Peltier-Elemente in Reihe geschaltet werden und die Einzelspannungen der Elemente sich addieren. Des weiteren erfolgt die Spannungsanhebung mittels einer "Joule-Thief" Schaltung. Eine Erklärung zur Schaltung wird im folgenden Video erläutert [https://www.youtube.com/watch?v=TEAqLBwKtw4 Joule Thief]. Die rechts abgebildete Schaltung ist auf die geforderten Parameter ausgelegt.
	*Kondensator 150uF im Eingang zur Glättung der Eingangsspannung		*Kondensator C1 150uF im Eingang zur Glättung der Eingangsspannung
	*Trafo mit 2x1mH ..		*Trafo T1 mit 2x1mH nutzt Schwingverhalten zur Spannungsanhebung
	*Transistor~~....~~		*Transistor Q1 erzeugt Schwingverhalten des Trafos
	*Diode~~...~~		*Diode D1 verhindert, dass der Strom wieder zurück fließt
	*~~Verschiedene~~ Widerstände zur Strombegrenzung		*Widerstände R1, R2 und R3 zur Strombegrenzung
	*2 Dioden ~~in Durchlassrichtung~~ im Ausgang in Reihe geschaltet, zur Spannungsbegrenzung von 1,2 Volt		*Dioden D2 und D3 im Ausgang in Reihe geschaltet, zur Spannungsbegrenzung von 1,2 Volt
	*Kondensator 10uF im Ausgang zur Glättung der Ausgangspannung		*Kondensator C2 10uF im Ausgang zur Glättung der Ausgangspannung
	[[Datei:Projekt35c_BOM-Elektrisch.PNG\|400px\|thumb\|left\|BOM Elektrisch]]		[[Datei:Projekt35c_BOM-Elektrisch.PNG\|400px\|thumb\|left\|BOM Elektrisch]]

Kai Hattwig: /* Umsetzung Elektrisch */

2019-01-17T20:36:20Z

Umsetzung Elektrisch

← Nächstältere Version		Version vom 17. Januar 2019, 20:36 Uhr
Zeile 65:		Zeile 65:
	So entsteht die Anforderung, dass eine Spannungsanhebung auf die geforderten 1,2 Volt (Betriebsspannung Uhr) stattfinden muss. Dies wird einerseits dadurch erreicht, dass zwei Peltier-Elemente in Reihe geschaltet werden und die Einzelspannungen der Elemente sich addieren. Des weiteren erfolgt die Spannungsanhebung mittels einer "Joule-Thief" Schaltung. Eine Erklärung zur Schaltung wird im folgenden Video erläutert [https://www.youtube.com/watch?v=TEAqLBwKtw4 Joule Thief]. Die rechts abgebildete Schaltung ist auf die geforderten Parameter ausgelegt.		So entsteht die Anforderung, dass eine Spannungsanhebung auf die geforderten 1,2 Volt (Betriebsspannung Uhr) stattfinden muss. Dies wird einerseits dadurch erreicht, dass zwei Peltier-Elemente in Reihe geschaltet werden und die Einzelspannungen der Elemente sich addieren. Des weiteren erfolgt die Spannungsanhebung mittels einer "Joule-Thief" Schaltung. Eine Erklärung zur Schaltung wird im folgenden Video erläutert [https://www.youtube.com/watch?v=TEAqLBwKtw4 Joule Thief]. Die rechts abgebildete Schaltung ist auf die geforderten Parameter ausgelegt.
	*Kondensator 150uF im Eingang zur Glättung der Eingangsspannung		*Kondensator 150uF im Eingang zur Glättung der Eingangsspannung
	*~~Spule~~ mit 2x1mH....		*Trafo mit 2x1mH ..
	*Transistor....		*Transistor....
	*Diode...		*Diode...

Kai Hattwig: /* Ergebnis */

2019-01-17T20:07:45Z

Ergebnis

← Nächstältere Version		Version vom 17. Januar 2019, 20:07 Uhr
Zeile 152:		Zeile 152:

	== Ergebnis ==		== Ergebnis ==
	Bei einer Oberflächentemperatur von etwa 40° an dem Wärmekollektor und einer Umgebungstemperatur von etwa 20°, entsteht eine Temperaturdifferenz von etwa 20° zwischen den beiden Seiten der Peltierelemente. Diese Temperaturdifferenz wird von den Peltier-Elementen benötigt um eine Ausgangsspannung von etwa 0,6 V zu liefern. Bei einer geringeren Temperaturdifferenz wird eine geringere Spannung geliefert. Die entworfene Schaltung benötigt eine Mindesteingangsspannung von 0,6 V um zu die Ausgangsspannung auf die geforderten 1,2 V anzuheben. Die vorliegende Schaltung begrenzt und stabilisiert die Ausgangsspannung. Die Stromaufnahme der Radio Controlled Clock (EHRCC) liegt bei 0,2 mA. Bei einer Spannung von 1,2 V sind dies 0,24 mW. Durch die mechanische Konstruktion ~~wird~~ ein großer Wärmewiderstand zwischen der Heiß- und Kalt-Seite der Peltierelemente realisiert.		Bei einer Oberflächentemperatur von etwa 40° an dem Wärmekollektor und einer Umgebungstemperatur von etwa 20°, entsteht eine Temperaturdifferenz von etwa 20° zwischen den beiden Seiten der Peltierelemente. Diese Temperaturdifferenz wird von den Peltier-Elementen benötigt um eine Ausgangsspannung von etwa 0,6 V zu liefern. Bei einer geringeren Temperaturdifferenz wird eine geringere Spannung geliefert. Die entworfene Schaltung benötigt eine Mindesteingangsspannung von 0,6 V um zu die Ausgangsspannung auf die geforderten 1,2 V anzuheben. Die vorliegende Schaltung begrenzt und stabilisiert die Ausgangsspannung. Die Stromaufnahme der Radio Controlled Clock (EHRCC) liegt bei 0,2 mA. Bei einer Spannung von 1,2 V sind dies 0,24 mW. Durch die mechanische Konstruktion sollte ein großer Wärmewiderstand zwischen der Heiß- und Kalt-Seite der Peltierelemente realisiert werden. Nach der Montage der mechanischen Konstruktion, stellt sich heraus, dass die Konstruktion noch nicht geeignet ist. Es ensteht ein Spalt zwischen der Oberseite der Peltier-Elemente und der AL-Disc. Dieser Spalt führt zu einem großem Wärmeübergangswiderstand. Die notwendige Temperatur, kommt nicht an der Heiß-Seite der Peltier-Elemente an. Dies führt dazu, dass die notwendige Ausgangsspannung der Peltier-Elemente von 0,6 V nicht erreicht werden kann.

	== Fazit ==		== Fazit ==

Kai Hattwig: /* Fazit */

2019-01-17T20:00:05Z

Fazit

← Nächstältere Version		Version vom 17. Januar 2019, 20:00 Uhr
Zeile 155:		Zeile 155:

	== Fazit ==		== Fazit ==
	Das Ziel des vorliegenden Projekt, die Radio Controlled Clock (EHRCC) ohne jegliche externe Energiequelle zu betreiben, wird nur bedingt erreicht. Mit einer Wärmequelle die 20° höher ist als die Umgebungstemperatur wird genügend Strom erzeugt, so dass die Uhr betrieben werden kann. Die Herrausforderung ist es, eine solch große Wärmequelle in einem Gebäude der HSHL zu finden und zu nutzen. Beispielsweise würden sich hier Warmwasserleitungen eignen, diese liegen jedoch meist nicht frei verfügbar. In unserem Anwendungsfall dient als Wärmequelle eine heiße Tasse Kaffee. Wenn eine nutzbare dauerhaft verfügbare Wärmequelle vorhanden wäre, wäre dies eine geeignete Möglichtkeit des Energy Harvesting für eine Radio Controlled Clock (EHRCC)der HSHL. Des Weiteren könnte die elektrische Schaltung optimiert werden, so dass auch eine Spannung kleiner 0,6 Volt ausreichen würden, um diese zu betreiben. Es könnten auch weitere Peltier-Elemente in Reihe geschaltet werden um die Eingangsspannung hoch zu setzen, dies würde aber auch gleichzeitig zu höheren Kosten führen.		Das Ziel des vorliegenden Projekt, die Radio Controlled Clock (EHRCC) ohne jegliche externe Energiequelle zu betreiben, wird nur bedingt erreicht. Mit einer Wärmequelle die 20° höher ist als die Umgebungstemperatur wird genügend Strom erzeugt, so dass die Uhr betrieben werden kann. Die Herrausforderung ist es, eine solch große Wärmequelle in einem Gebäude der HSHL zu finden und zu nutzen. Beispielsweise würden sich hier Warmwasserleitungen eignen, diese liegen jedoch meist nicht frei verfügbar. In unserem Anwendungsfall dient als Wärmequelle eine heiße Tasse Kaffee. Wenn eine nutzbare dauerhaft verfügbare Wärmequelle vorhanden wäre, wäre dies eine geeignete Möglichtkeit des Energy Harvesting für eine Radio Controlled Clock (EHRCC)der HSHL. Des Weiteren könnte die elektrische Schaltung optimiert werden, so dass auch eine Spannung kleiner 0,6 Volt ausreichen würden, um diese zu betreiben. Es könnten auch weitere Peltier-Elemente in Reihe geschaltet werden um die Eingangsspannung hoch zu setzen, dies würde aber auch gleichzeitig zu höheren Kosten führen. Die mechanische Konstruktion, insbesondere das Upper-Chassis, hat noch Mängel bei der Montage. Eine Verbesserung der Konstruktion ist anzustreben.
	Die Punkte 3.; 4. und 5. der "Erwartungen an die Projektlösung" konnten aufgrund der sehr knappen Zeit zwischen Projektanfang und Bestellung nicht weiter verfolgt werden.		Die Punkte 3.; 4. und 5. der "Erwartungen an die Projektlösung" konnten aufgrund der sehr knappen Zeit zwischen Projektanfang und Bestellung nicht weiter verfolgt werden.
	=== Lessons Learned ===		=== Lessons Learned ===

Kai Hattwig: /* Umsetzung Elektrisch */

2019-01-17T19:53:51Z

Umsetzung Elektrisch

← Nächstältere Version		Version vom 17. Januar 2019, 19:53 Uhr
Zeile 72:		Zeile 72:
	*Kondensator 10uF im Ausgang zur Glättung der Ausgangspannung		*Kondensator 10uF im Ausgang zur Glättung der Ausgangspannung
	[[Datei:Projekt35c_BOM-Elektrisch.PNG\|400px\|thumb\|left\|BOM Elektrisch]]		[[Datei:Projekt35c_BOM-Elektrisch.PNG\|400px\|thumb\|left\|BOM Elektrisch]]

Kai Hattwig: /* Umsetzung Elektrisch */

2019-01-17T19:53:42Z

Umsetzung Elektrisch

← Nächstältere Version		Version vom 17. Januar 2019, 19:53 Uhr
Zeile 88:		Zeile 88:


	...		.

	== Umsetzung Mechanisch ==		== Umsetzung Mechanisch ==

Kai Hattwig: /* Umsetzung Elektrisch */

2019-01-17T19:53:14Z

Umsetzung Elektrisch

← Nächstältere Version		Version vom 17. Januar 2019, 19:53 Uhr
Zeile 68:		Zeile 68:
	*Transistor....		*Transistor....
	*Diode...		*Diode...
	*~~Widerstand...~~		*Verschiedene Widerstände zur Strombegrenzung
	*2 Dioden in Durchlassrichtung im Ausgang in Reihe geschaltet, zur Spannungsbegrenzung von 1,2 Volt		*2 Dioden in Durchlassrichtung im Ausgang in Reihe geschaltet, zur Spannungsbegrenzung von 1,2 Volt
	*Kondensator 10uF im Ausgang zur Glättung der Ausgangspannung		*Kondensator 10uF im Ausgang zur Glättung der Ausgangspannung