Aurinkopaneelikäyttöisen lämpösähköisen kylmälaitteen tuotekehitys

Abstract

Tässä kandidaatintyössä selvitettiin mahdollisuutta rakentaa aurinkovoimalla toimiva lämpösähköinen jäähdytyslaitteisto. Työssä oli käytettävissä prototyyppivaiheen lämpösähköinen jäähdytyslaite sekä uretaanilaatikko, jotka yhdessä muodostavat kylmälaitteen. Kirjallisuuskatsauksen avulla perehdyttiin laitteiston komponenttien toimintaperiaatteisiin, minkä lisäksi laitteistolla tehtiin suorituskykymittauksia. Työn tavoitteena oli mitoittaa laitteistolle optimaalinen aurinkopaneeli, selvittää jäähdytyslaitteen jäähdytystehon riittävyys sekä sen optimaalinen toimintapiste. Teoreettisen tutkimuksen ja saatujen mittaustulosten perusteella selvitettiin mahdolliset haasteet laitteiston toiminnassa sekä parannusehdotukset laitteistolle.

Mittaustulosten perusteella alkuperäinen jäähdytyselementti osoittautui liian pieneksi vaatimuksiin nähden. Päivitettäväksi elementiksi määritettiin jäähdytysteholtaan tehokkaampi 108 W TEC-elementti. Uuden elementin myötä jäähdytyslaitteen optimaalinen tehoalue saataisiin laajemmaksi, jolloin aurinkopaneelin mitoitus olisi helpompaa. Päivitetyn elementin optimitehoalueeksi saatiin 50–128 W, jolloin aurinkopaneelin nimellistehoksi määritettiin 125 W. Uuden jäähdytyselementin myötä tulee jatkossa kiinnittää huomiota liialliseen jäähtymiseen ja sen rajoittamiseen. Lisäksi tulisi testata laitteistoa tarkoituksen mukaisissa lämpimissä kohdemaissa, mihin laite on suunniteltu.

In this Bachelor’s Thesis the possibility of assembling a solar panel based thermoelectric cooling system was figured out. This thesis is based on a prototype of a cooling device that consist of a thermoelectric cooler and a urethane case. Literature review was made to get acquainted with operational principles of the system’s components. In addition, there was measurements made for system’s performance. The goal of this thesis was to dimension an optimal solar panel for the system, and to figure out cooler’s sufficiency of cooling power and the optimal operating point. Based on the literature review and measurements possible challenges and improvements for the system was figured out.

According to the results of measurements original cooler turned out to be inadequate compared to requirements. As an action measure it was decided to upgrade the existing cooling element for a more powerful 108 W TEC-element. With the new element it is possible to widen the cooling system’s optimal power range so that dimensioning of the solar panel would be more fluent. Optimal power range for the new element is 50–128 W. Based on that fact the nominal power of solar panel can be determined to 125 W. After replacing the old element with a new one it is important to pay attention to overcooling and act on restricting it. In addition, equipment should be tested under conditions equal to tropical climate where the device is designed for.