Ympäristöstä sähköenergiaa

Abstract

Opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia, kuinka saadaan pienimuotoisesti ympäristöstä sähköenergiaa. Päädyin tutkimaan termosähköisiä generaattoreita, niiden toimintaperiaatteita sekä termosähkögeneraattoreiden fysikaalista ilmiötä ja ominaisuuksia tutustuen samalla niissä käytettyihin materiaaleihin. Tutkin myös muita mahdollisia sähköenergian tuottotapoja, kuten valo, liike ja sähkömagneettinen värähtely. Työssäni kävi, ilmi että vaihtoehtoisia sähköntuottotapoja pienimuotoisesti ei ole vielä yleistynyt laajaan käyttöön.

Lisäksi selvitin, mitä tarvitaan että ympäristöstä saatua sähköenergiaa voidaan hyödyntää ja varastoida. Hyödyntämisen tapoja ovat esimerkiksi akun lataaminen tai pariston eliniän jatkaminen. Varastoinnissa tutkin akkuja ja erityyppisiä kondensaattoreita. Jokaisessa varastoinnin tavassa on omat hyvät ja huonot puolensa. Suunnittelijan on tehtävä kompromisseja mitä varastointitapaa käyttää kussakin tilanteessa.

Tutkimuksessa kävi ilmi, että kyseisellä tieteenalueella on vielä paljon tutkittavaa ja monet asioista ovat vielä tutkimuksen alla. Esimerkiksi uusia materiaaleja ja vanhojen materiaalien ominaisuuksien parantamista tutkitaan paljon. Tästä huolimatta eri tapoja hyödynnetään jo monipuolisesti eri käyttötarkoituksiin, kuten teollisuuden hukkalämmön hyödyntämistä sähköenergian tuottamiseksi. Työni perustuu kokonaisuudessaan jo olemassa olevaan tutkimustietoon ja tutkittujen laitteiden datalehtiin.

The goal of this thesis was to explore different methods to generate electricity in a small scale. The focus was on the thermoelectric generator in specific and its functioning principles, physical theory and materials. Also different methods to generate electricity in a small scale were also studied such as light, movement and electromagnetic vibration. In this study it was discovered that these methods are still not being commonly used in devices.

The thesis investigated what is needed to utilize and storage electric power harvested from the environment. The utilization methods are, for example, charging a battery or extending the life of a primary cell. The storage methods investigated were different kinds of batteries and capacitors. Each of these storage methods has its advantages and disadvantages. The developer must decide on what kind of compromises can be made when selecting a storage type.

The research revealed that this specific field of science is still developing and a lot of research is needed to reach the full potential. For example, new materials are being investigated and the potentials of the known materials are improved. Still these methods are already being used in different kind of technologies. For example, waste heat can be used for electricity generation in industrial plants. The whole thesis is based on the existing research materials and the datasheets of the devices studied.