Récupération par module Peltier : comment charger un (super)condensateur ?

[NicoEnac]

Bonjour,

Je suis tout nouveau sur ce forum. Je me suis inscrit parce qu'au cours de mes recherches sur la toile, je tombais fréquemment sur ce forum ô combien riche en enseignements.

Néanmoins j'aimerais vous exposer mon problème. Je travaille actuellement sur la récupération d'énergie appliquée à l'aéronautique. Pour cela, j'utilise un module à effet Peltier qui récupère une (petite) partie de l'énergie emmagasinée par 10 g d'eau lorsque l'air se refroidit quand l'avion monte en altitude et lorsque l'avion redescend et que l'air se réchauffe.

J'obtiens au final une tension A VIDE qui varie entre -2V et +4V sur une période de 1h10 minutes. La résistance interne reste à peu près constante à 300 Ohms.

Souhaitant redresser ce signal et le réguler afin de charger un (super)condensateur, j'ai naturellement pensé à un pont de diodes suivi d'une diode Zener. Malheureusement, le peu d'expérience que j'ai en électronique me fait dire qu'il ne s'agit sans doute pas de la solution optimale. Et vu les enjeux, il est vraiment indispensable que je récupère le maximum d'énergie.

Je sollicite donc votre avis et vos conseils afin de réaliser un circuit optimisé et de dimensionner les composants.

Voilà. N'hésitez pas à me demander des précisions si vous jugez que mes explications ne sont pas assez claires.

P.S : je joins un pdf avec le dessin du module que j'utilise, ainsi que la courbe d'évolution de la tension à vide.
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[f6bes]

Bjr à toi,
Je crois bien que PDF veut dire: Pas De Fichier !!

Te reste plus qu'à recommençer, mais AVANT lis bien la PROCEDURE d'envoi de fichier, si tu ne veux pas qu'il finisse à la benne !
http://forums.futura-sciences.com/thread224229.html

M'etonnerais que tu puisses récupérer qq chose avec ton systéme!
Bonne journée

[NicoEnac]

Pourtant j'ai exactement suivi la procédure décrite par la page...

Pour l'instant, la pièce jointe est en attente de validation.

Sinon je peux certifier qu'avec 10 grammes d'eau le thermogénérateur génère quelques 60 Joules en un peu plus d'une heure. Pour cela, j'ai mis mon module de test dans une machine permettant de programmer l'évolution de la température. Le problème maintenant est de savoir comment la stocker en perdant le moins possible de cette énergie.

[NicoEnac]

Personne n'a de suggestion pour redresser et réguler un signal comme celui que j'obtiens ? Celui auquel j'ai pensé (pont de diodes + zener) fonctionne mais je perds pas mal d'énergie.

[A voir en vidéo sur Futura]

[jiherve]

Bonsoir
Avec des diodes choisir des Schottky ou bien faire un redressement commandé avec des MOS mais il faudra une source annexe.
surtout pas de régulation // (zener) !
JR

[invitea3c675f3]

Bonsoir NicoENAC,

L’aéronautique a déjà assez de mal à faire tenir en l’air leurs avions au prix actuel du kérosène pour ne pas s’occuper de récupérer le peu d’énergie qu’on gagne entre le –30˚C à 33000 pieds et la température du sol.

En réalité, l’énergie à gagner correspond aux échanges thermiques avec une masse qu’il faut traîner là haut, et s’il y a une chose qu’on déteste avec les avions c’est bien le poids. En plus l’effet Peltier va en rendre des peanuts.

Le 21ème siècle va se casser les dents sur deux problèmes :
1) Trouver une énergie de substitut au pétrole.
2) Trouver de l’eau.

Sans dire que les autres recherches sont vaines, je crois quand même que faire voler un avion est déjà assez compliqué pour ne pas essayer de lui trouver un équivalent des ralentisseurs à courants de Foucault.

Ou alors, les cours de l'É.N.A.C. ont bien changé!

[invite74a6a825]

Bonjour,

C'est le même problème que pour un panneau solaire.

Dailleurs, votre systéme est il aussi rentable qu'un panneau solaire souple sur le toit de l'avion ?
Les panneaux ont un meilleur rendement à basse température et à 10000 mètres l'athmosphère fait moins écran donc c'est vraiment un bon endroit pour placer des panneaux.

Et puis sur quel intervalle de temps capter vous ces 60 joules ?
SI c'est au décolage et à l'atérissage ça fait moins de kw/h qu'un panneau solaire.

[NicoEnac]

Bonsoir NicoENAC,

L’aéronautique a déjà assez de mal à faire tenir en l’air leurs avions au prix actuel du kérosène pour ne pas s’occuper de récupérer le peu d’énergie qu’on gagne entre le –30˚C à 33000 pieds et la température du sol.

Ce n'est pas ce que je demande. Je vous demande comment redresser et réguler cette énergie. Et en passant, si EADS a jugé bon de financer une étude là dessus, c'est qu'ils pensent qu'il y a un avenir...

En réalité, l’énergie à gagner correspond aux échanges thermiques avec une masse qu’il faut traîner là haut, et s’il y a une chose qu’on déteste avec les avions c’est bien le poids

Le but est d'alimenter un réseau de capteur intégré dans la structure de l'avion. Préférez-vous tirer des câbles entre ces capteurs et l'alimentation pour éviter ce dispositif ? Non car les câbles pèseraient bien plus que ce dispositif...

En plus l’effet Peltier va en rendre des peanuts.

J'en suis tout à fait conscient mais il s'agit du moyen le plus efficace pour récupérer de l'énergie. Et ne vous inquiétez pas, nous avons pensé à pas mal d'autres solutions avant de choisir celui-ci

Dailleurs, votre systéme est il aussi rentable qu'un panneau solaire souple sur le toit de l'avion ?

Non mais mon système doit aussi être opérationnel la nuit C'est tout bête mais ça élimine le panneau solaire.

Et puis sur quel intervalle de temps capter vous ces 60 joules ?

Cf plus haut : 1h10 et ce n'est pas ponctuel, la récupération se fait sur tout le voyage.

Bonsoir
Avec des diodes choisir des Schottky ou bien faire un redressement commandé avec des MOS mais il faudra une source annexe.
surtout pas de régulation // (zener) !
JR

Pourquoi pas de Zener ? Excusez moi mais je ne vois pas pourquoi. Pouvez-vous être plus précis(e) ? N'ayant pas d'alimentation de disponible, je pensais faire sans composants actifs. Je veux bien que vous me montriez un schéma de principe avec des MOS svp.

Merci pour toutes vos réponses même si une n'était pas très constructive (navré louloute mais il ne s'agit pas de discuter de la pertinence ou non de ce système, il sera intégré dans les 3 ans à tous les avions). Ce système permettra de faire un diagnostic de l'avion après chaque vol et ainsi de pouvoir savoir précisément quand la maintenance sera à effectuer.

[NicoEnac]

jiherve ? Pourquoi pas de Zener ? Svp personne n'a un petite idée ?

[invitea3c675f3]

Bonsoir NicoEnac,

Désolé si j’ai été un peu rude dans mon dernier envoi.

S’agit-il de mesurer quelque chose avec le module Peltier, ou bien le dispositif est-il envisagé pour récupérer l’énergie thermique ‘gratuite’ due à la différence de température entre le sol et 33000 pieds.

Comme thermomètre, le Peltier est un capteur différentiel, comme un thermocouple, il faut donc y adjoindre une compensation de ‘soudure froide’ pour faire une mesure de température absolue; je n’ai jamais entendu parler de Peltier utilisés de cette manière, mais à cette réserve près (compensation de ‘soudure froide’) ça devrait fonctionner.

Comme générateur d’énergie, je suppose qu’effectivement in module Peltier va produire une petite énergie quand il y aura échange thermique entre ses deux faces; mais d’une part son rendement doit être aussi épouvantable que dans son utilisation habituelle de refroidisseur, ensuite, la surface nécessaire, partant le prix et le poids additionnel en module Peltier, me semble prohibitif en regard de l’énergie obtenue.

Si j’avais à étudier un tel système, je ferais un coussin de Peltiers en sandwich entre l’intrados et un réservoir d’aile pour au moins profiter de la chaleur du kérosène. Tous les modules Peltier en série pour élever la tension, avec un pont de transistors MOS pour redresser.

[invite74a6a825]

Bonjour,

Pour le problème jour nuit du solaire on stocke et dansvotre cas il ne faut pas des kilos de batterie au plomb mais une ou plusieurs piles rechargeables qui ne cesse d'amélioré leurs performance et de diminuer leur prix.

Je suppose qu'un comparatif précis entre les différent système possible a été fait avant de choisir le votre mais je m'éttone que le solaire ai été rejeté pour un problème d'intermitance de la source.

Cordialement

[NicoEnac]

Désolé si j’ai été un peu rude dans mon dernier envoi.

Pas de soucis. Je comprends qu'on puisse trouver cela débile d'alourdir les avions dans cette période où le moindre kg superflu est taxé quelques fois plus cher que le kg de caviar mais disons que c'est la "moins mauvaise" manière qu'on ait trouvé.

S’agit-il de mesurer quelque chose avec le module Peltier, ou bien le dispositif est-il envisagé pour récupérer l’énergie thermique ‘gratuite’ due à la différence de température entre le sol et 33000 pieds.

Il ne s'agit pas de mesure mais bien de récupération d'énergie.

Comme générateur d’énergie, je suppose [...]son rendement [...]épouvantable.

Exact, le rendement est affreux. Malgré tout, un petit calcul thermodynamique nous donne qu'avec 10 g d'eau on pourrait théoriquement récupérer 1290 J pour un décolage-aterrissage.
(Q = masse x (Temp_finale-Temp_initiale) x Capacité_calorifique_eau + masse x enthalpie_fusion
avec masse = 10 g, Temp_finale = -60°C, Temp_initiale = 15°C, Capacité = 4.2J/g°C et enthalpie = 330J/g)
Donc même si le rendement est de 4-5%, cela représente quand même plus de 50 Joules ce qui n'est pas mal.

je ferais un coussin de Peltiers en sandwich entre l’intrados et un réservoir d’aile pour au moins profiter de la chaleur du kérosène.

Excellente idée ! J'avais pensé à les mettre tous en parallèle thermiquement et en série électriquement mais je n'avais pas pensé à la chaleur du kérosène. Néanmoins, je dois ajouter que le dispositif sera implanté dans TOUTE la structure de l'avion et pas seulement dans les ailes. Et malheureusement, le kérosène n'ai présent que dans les ailes.

Je veux bien voir à quoi ressemble le pont de MOS suggéré dans votre message svp

[FC05]

Perso, j'ai réalisé un petit module de démo de cours. D'un côté un bloc d'alu chauffé par une bougie de l'autre un radiateur.

Ca faisait tourner un petit moteur qui avec un ventilo refroidissait le radiateur ... donc ça ne servait à rien.

Avec une différence de température de l'ordre de 60°C, il devrait y avoir environ 1,2 V (de mémoire). Il me semble que j'en ai déjà parlé sur ce forum et que j'ai donné de chiffres plus précis.

Le problème du redressement passif, c'est qu'il faut un pont, donc on perd deux fois la tension de seuil d'une diode ... Il faut donc mettre les modules en série pour minimiser la perte.

[FC05]

PS : pour le pont MOS fait une recherche avec : redressement commandé ... il devrait y avoir pas mal de choses

[NicoEnac]

Je veux bien savoir où sont ces chiffres svp. En tout cas sachez que les résultats que j'ai obtenus l'ont été avec un module Peltier qui mesure 3mmx4mmx1mm ce qui est vraiment petit et donc en mettre une dizaine en série augmenterait considérablement l'énergie récupérée

[NicoEnac]

Pour le problème jour nuit du solaire on stocke et dans votre cas il ne faut pas des kilos de batterie au plomb mais une ou plusieurs piles rechargeables qui ne cesse d'amélioré leurs performance et de diminuer leur prix.

Alors je m'explique. Le système de stockage doit pouvoir se décharger ni trop vite ni trop lentement. Pas trop lentement parce que les capteurs vont devoir émettre en HF afin de transmettre les données qu'ils ont enregistré et cela demandera des pics de puissance. Ce qu'une batterie standard ne peut pas faire. Et donc si le temps de décharge n'est pas trop lent, cela implique que sur une période de 12h (en moyenne la durée de la nuit), le capteur ne sera plus alimenté.

Pas trop vite parce qu'on souhaite aussi garder l'énergie sur un temps de quelques heures au moins, le temps que l'avion reparte et qu'on refasse le plein.

[invite74a6a825]

Bonjour,

On redresse un courant alternatif avec unediode car ily a de trés nombreux changement du sens du courrant dans un cour instant.

Mais dans votre cas si j'ai bien compris il y a un seul changement et il est progressif en passant une fois par 0 en 1 h 10
Ce qui serait donc plus interressant c'est de trouver un relait électronique qui quand le courant est à 0 change les sens de la destination.
la consomation de ce relait étant limité à quelques nanoseconde par heure

Mais je peu me tromper

[invitea3c675f3]

Un est un transistor qui présente une résistance d’entrée infinie. Pour Q2 ou Q4 si la tension de Gate (G) est 10V supérieure à la tension de Source (S), Q2 ou Q4 vont conduire sans rien consommer sur la gate et avec une perte infime.

Inversement, pour Q1 et Q3, si leur tension de Gate est inférieure d’une dizaine de V par rapport à leur Source, ils conduisent, toujours sans consommer de courant à la gate et avec une perte infime.

Donc, si A est 10V plus élevé que B, la tension Gate de Q4 le fait conduire et la tension Gate de Q1 le fait conduire. Donc B se retrouve sur retrouve branché par Q4 à sa propre source et B se trouve branché par Q1 à la source de Q1.

Vu la symétrie de l’affaire, dans le cas où c’est B est de 10V supérieur à A, ce sont alors Q3 est Q2 qui saturent (conduisent); dans un cas comme dans l’autre, en ‘haut’ on retrouve du 10V et ne ‘bas’ du 0V.

La zener est en première approximation un moyen simple de fournir à une charge qui consomme très peu une tension régule, on peut aussi envisager une alimentation à découpage.

Je commence à comprendre la philosophie de l’affaire, c’est vrai que le cuivre pèse lourd! Ma réticence est que l’avion qui fait Chicago-Beijing ne passe qu’une demi-heure à atteindre son altitude de croisière et une autre demi heure à en redescendre, donc l’échange thermique ne se fait que pendant une heure au total sur un vol de 18 heures; si on espère que l’énergie doit rester disponible sur le les 17 heures sans appoint d’énergie, il faut consommer pas lourd sur la super capa; mais tout bien réfléchi c’est jouable!

[NicoEnac]

Merci beaucoup ! Je vous tiens au courant sur l'évolution de mon projet.

A bientôt