Pemanenan energi termoelektrik dari kartu grafis komputer

Selama CES2015 produsen Unit Prosesor Grafis (GPU) yang sangat dikenal memperkenalkan GPU baru. GPU ini membutuhkan manajemen termal yang kompleks untuk menjaga prosesor tetap dingin. Sebagian besar produsen kartu akselerator GPU mengembangkan kartu akselerator grafis baru yang menggunakan teknologi manajemen termal primitif dibandingkan dengan teknologi canggih saat ini. Sebagian besar dari kita tahu teknologi ini sebagai penggemar yang mengelola energi panas yang tidak diinginkan ini, seperti terlihat pada gambar kartu akselerator grafis ini:

Hambatan apa yang perlu diatasi oleh insinyur untuk mengubah energi panas yang sia-sia ini menjadi energi listrik yang berguna?

Di bawah ini adalah profil suhu kartu GPU.

Referensi:

• Generator Termoelektrik yang Berjalan pada Asap Buangan
• Generator Termoelektrik Kecil
• Tinjauan Teknologi Termoelektrik
• Perpanjang Masa Hidup Kartu Video Anda Dengan Pengaturan Kecepatan Kipas Otomatis Kustom

Ada panas yang bisa ditangkap kembali, tetapi Anda tidak akan mendapatkan banyak dari itu. Seperti yang dikatakan salah satu komentator, maksimum absolut Anda adalah efisiensi Carnot.

Ini adalah kondisi ideal, Anda tidak akan pernah mencapai efisiensi ini. Tetapi untuk menemukan batasan kita, mari kita cari tahu. hanya akan menjadi suhu ruangan, mungkin sedikit lebih hangat di dalam menara, tapi kami akan memberi diri kita manfaat dari keraguan dan memilih angka bulat yang bagus di 20C (293K). akan bervariasi karena GPU bekerja lebih keras (ini adalah salah satu masalah dengan desain ini secara umum; daya yang Anda dapatkan dari sistem pendingin tidak akan konsisten karena suhu GPU bervariasi tergantung pada seberapa banyak Anda menekankan chip.) Kami tidak ingin menjalankannya terlalu panas dan merusak kartu, yang mengalahkan tujuan sistem pendingin.$T_c$$T_h$

Setelah beberapa pencarian cepat (Google "suhu operasi GPU," Anda akan melihat banyak posting forum yang memberikan banyak angka yang berbeda, tidak ada yang saya pikir cukup kuat untuk dikutip, tapi saya mengumpulkan data mereka untuk membuat saya). asumsi sendiri) sepertinya sebagian besar kartu memiliki batas atas yang kuat ~ 100C sebelum Anda mulai melakukan kerusakan serius. Namun, menjalankan kartu panas itu masih akan mengurangi masa pakai kartu Anda, dan menilai dari gambar di pertanyaan itu, ini adalah kartu yang bagus yang kami telah membayar dengan sangat mahal, dan kami ingin menyimpannya selama kami bisa . 70C adalah tempat yang tepat untuk memotret, tetapi 80C (353K) mungkin masih cukup aman, dan kami ingin casing terbaik kami. Dengan angka-angka itu, kita dapatkan

Ini berarti, paling maksimal, yang terbaik yang bisa kita lakukan adalah mendapatkan 17% dari panas yang kita hasilkan di kartu kembali sebagai listrik untuk menggerakkan sesuatu di menara. Kami dapat memvariasikan suhu kartu, dan saat bergerak antara 60C dan 100C, efisiensi berkisar antara 12% dan 21%. Bagaimanapun, kami tidak mendapatkan banyak kembali.

Itulah efisiensi maksimalnya. Situs ini , yang menjual generator termoelektrik, mengatakan bahwa bagian atas TEG akan beroperasi pada efisiensi 8%. Meskipun ini lebih baik daripada yang belum pernah kami dapatkan sebelumnya, masalah sebenarnya di sini adalah biaya dan implementasi. TEG tidak murah, dan kipas pendingin tidak. Sistem pendingin dasar juga jauh lebih mudah untuk dipasang. Bahkan jika kita dapat memasang TEG untuk mendinginkan kartu, kita harus menemukan sesuatu yang dapat kita lakukan dengan listrik itu, dan kita tidak ingin daya variabel digunakan untuk komponen kritis. Lampu menara dan kipas ekstra mungkin sejauh penggunaan kami.

Jadi untuk menjawab pertanyaan Anda yang sebenarnya di sana, saya yakin kita dapat menemukan semua jenis cara kreatif untuk mengubah panas menjadi pekerjaan listrik atau mekanik. Menjadikannya "berguna" adalah cerita yang sama sekali berbeda.

Trevor Archibald telah memberi Anda jawaban yang sangat bagus, tetapi saya melihat dari komentar Anda jawaban yang berbeda mungkin berguna, karena Anda masih berpikir ini bisa dilakukan dengan ekonomi yang tepat.

Tidak mungkin. Masalahnya adalah teknik, bukan ekonomi. Itu ide yang buruk dari perspektif ekonomi, tentu saja; tetapi mengubah harga tidak akan membuatnya menjadi ide yang bagus. Itu masih merupakan ide yang buruk. Biarkan saya jelaskan.

panas bermutu rendah

Panas tingkat rendah adalah panas yang beberapa Kelvin atau puluhan Kelvin di atas suhu kamar.

menyingkirkan panas dengan cepat adalah nama permainan

George Herold menunjuk Anda dalam komentar ke salah satu alasan mengapa pengambilan energi pada kartu akan menjadi ide yang buruk: konduktivitas termal kartu dirancang untuk menjadi tinggi.

Menyingkirkan panas dengan cepat sangat penting dalam peralatan TI, di mana efisiensi listrik dari peralatan tersebut benar-benar sangat buruk. Dan itu berarti bahwa dari listrik yang Anda masukkan, hampir semuanya akan berubah menjadi panas. Ada jumlah minimum teoretis energi yang diperlukan untuk membalik sedikit, terlepas dari media tempat bit disimpan. Semua sisa energi yang dimasukkan di atas minimum itu, akan langsung berubah menjadi panas. Untuk melindungi peralatan, Anda harus menyingkirkan panas itu secepat mungkin.

Jadi kartu dirancang untuk menghilangkan panas secepat mungkin. Apa pun yang Anda lakukan, seperti perangkat pemanen energi yang Anda usulkan, akan memperlambat laju panas yang keluar dari kartu. Itu akan menaikkan suhu keseimbangan kartu. Dan itu akan secara radikal mempersingkat masa pakai kartu. Itu akan terjadi terlepas dari harga listrik.

ini bukan soal harga listrik

Dan gagasan ini bahwa jika harga listrik cukup tinggi, itu akan membuat memanen panas tingkat rendah menjadi berharga, sama sekali salah. Jika listrik begitu berharga, maka ada baiknya membuat kartu lebih efisien di tempat pertama, sehingga ada lebih sedikit limbah panas: pertama, kurangi konsumsi energi bernilai tinggi, sebelum mencoba mendaur ulang energi bernilai rendah. Dan itu membawa saya ke ...

energi versus eksergi

Panas, dalam sebagian besar kasus, merupakan produk limbah. Ini hampir selalu merupakan bentuk energi yang paling tidak berguna. Itulah yang dikatakan batas efisiensi Carnot kepada Anda: bahwa untuk mendapatkan pekerjaan dari panas kadar rendah, Anda hanya dapat melakukannya dengan efisiensi sangat rendah; artinya, hampir semua panas akan tetap seperti panas.

Ketika melakukan rekayasa dengan panas dan bentuk energi lainnya, sangat berguna untuk membangun intuisi untuk membedakan antara energi (benda yang diukur dalam joule) dan eksergi (benda yang harus dikerjakan). Bentuk energi itu, menentukan berapa banyak pekerjaan yang dapat dilakukan. Listrik dapat melakukan pekerjaan dalam jumlah besar secara efisien - listriknya sangat tinggi. Panas tingkat rendah dapat melakukan sedikit pekerjaan - ia memiliki eksergi yang sangat rendah.

Setelah Anda membuat panas tingkat rendah, Anda sudah berada di ujung jalur untuk exergi (energi bermanfaat). Hampir semua penggunaan energi berakhir pada panas tingkat rendah. Ini adalah bentuk terakhir untuk hampir semua rantai konversi energi. Dan, pada skala kosmik, itu adalah (sejauh yang kami tahu) bentuk akhir untuk setiap joule tunggal, dalam kematian panas alam semesta.

Panas tingkat rendah adalah ujung jalan. Jika Anda ingin lebih banyak latihan dari joule itu, maka selesaikan pekerjaan itu sebelum joule tersebut dalam bentuk panas bermutu rendah.