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: ~ 6 Ω Tensione a circuito aperto: ~ 200 mV Potenza massima: ~ 2,5 mW

Cella ρ Resistenza interna: ~ 1 Ω Tensione a circuito aperto: ~ 160 mV Potenza massima: ~ 1 mW

Prestazioni reali contro prestazioni attese 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 ON FASE OFF

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 Resistenza di carico Tensione residua di saturazione del transistor bipolare FASE ON FASE OFF

Si utilizza un trasformatore per elevare ulteriormente la tensione. 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 Q2M R400K Potenza generata: 25 μW Potenza consumata: 2,4 mW Potenza generata: 1 μW Potenza consumata: 2,28 mW Potenza generata: 20 μW 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