Effetto Seebeck - Università degli studi di Pavia

UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PAVIA
PROGETTO BIO
TERMOGENERATORE A CALORE CORPOREO:
STUDIO DI FATTIBILITA'
di Cristian Valgoi
Relatore: prof.ssa Carla Vacchi
Correlatore: ing. Stefano Lodo
OBBIETTIVO PRINCIPALE
Studiare e realizzare generatori portatili che
utilizzino fonti energetiche alternative recuperabili
dal corpo umano :

Movimento

Calore
Moduli termoelettrici
Già realizzato:
• Sensore biometrico wireless
• “Smart clothes”
Fine ultimo:
• Recuperare energia altrimenti sprecata
• Alimentare dispositivi a basso consumo
• Caricare batterie
Effetto Seebeck
Microscopicamente
Effetto Seebeck
Macroscopicamente:
Termocoppia
Celle di Peltier
Termogeneratore
Realizzare un generatore basato su celle di
Peltier.
Le celle di Peltier utilizzate sono state
recuperate da progetti dismessi e non sono, in
realtà, adatte allo scopo.
Cella β
Resistenza interna:
~ 0,1 Ω
Tensione a circuito
aperto:
~ 180 mV
Potenza massima:
~ 6,2 mW
Cella α
Resistenza interna:
~6Ω
Tensione a circuito
aperto:
~ 200 mV
Potenza massima:
~ 2,5 mW
Cella ρ
Resistenza interna:
~1Ω
Tensione a circuito
aperto:
~ 160 mV
Potenza massima:
~ 1 mW
Tris di Peltier
Prestazioni reali contro prestazioni attese
Elevare la tensione
Per elevare la tensione è possibile:

Più celle di Peltier in serie

Costruire un circuito elettronico che se ne occupi
Boost
Circuito per l'elevamento in tensione: Boost
FASE
FASEOFF
ON
Modello matematico per Boost
FASE ON:
FASE OFF:
Modello matematico per Boost
Per uno stato stazionario si ottiene:
Dove:
Modello matematico per boost
Duty cycle
FASE ON
Resistenza di carico
FASE OFF
Tensione residua di saturazione
del transistor bipolare
Flyback
Si utilizza un trasformatore per elevare
ulteriormente la tensione.
INV20K
Primo prototipo

Potenza generata:
168 μW
Potenza dissipata
dall’oscillatore:
68 μW
Potenza generata netta:
100 μW
Altri prototipi
Q32K

R400K

Q2M

Potenza generata: 25 μW
Potenza generata: 1 μW
Potenza generata: 20 μW
Potenza consumata: 2,4 mW
Potenza consumata: 2,28 mW
Potenza consumata: 3,2 mW
Bracciale termogeneratore
Miglioramenti




Sostituire le celle di Peltier con dispositivi termoelettrici
realmente pensati per l’energy harvesting.
Ottimizzare il trasferimento di potenza.
Trovare un’applicazione per la quale il body heat energy
harvesting sia una prospettiva interessante e
vantaggiosa.
Realizzarne il progetto.
DIMOSTRAZIONE
GRAZIE PER L’ATTENZIONE