Thermoelektrischer Generator
Durch die direkte Umwandlung ungenutzter Wärme in elektrische Leistung reduzieren TEG den Primärenergieverbrauch und schonen die Umwelt. Thermoelektrische Energiewandlung ist in weiten Temperaturbereichen mit Wirkungsgraden bis zu zehn Prozent und darüber möglich. Der Schlüssel zu optimierten Anwendungen liegt in der Entwicklung hocheffizienter Materialien, stabiler elektrischer und thermischer Kontaktierungen im thermoelektrischen Modul sowie angepasster, effizienter Wärmetauscher.
Die Entwicklung von hocheffizienten thermoelektrischen Generatormodulen mit hoher Langzeitstabilität für Quelltemperaturen von 400 bis 800 °C ist das wesentliche Ziel. Dabei werden gemeinsam mit Instituts- und Industriepartnern der Aufbau und Test von Thermogenerator-Demonstratoren in verschiedenen Anwendungsszenarien angestrebt. Für das Herzstück des TEG – das thermoelektrische Modul – stellen neben der Entwicklung von effizienten Wandlermaterialien für den Hochtemperaturbereich die elektrischen und thermischen Kontakte innerhalb des Moduls eine besondere Herausforderung dar. Diese sind je nach thermoelektrischer Materialklasse spezifisch anzupassen, um den Anforderungen im Hinblick auf Temperaturen sowie thermische und mechanische Belastungen gerecht zu werden. Die Entwicklung von spezialisierten Messmethoden für thermoelektrische Materialien und Systeme ist dabei notwendig für die Bestimmung der Effektivität im jeweiligen Anwendungsszenario.
Es bestehen vielfältige Einsatzmöglichkeiten für TEG. So kann elektrische Energie zum Beispiel für Sensoren zur Prozessüberwachung dort bereitgestellt werden, wo sie benötigt wird; lange Versorgungsleitungen werden damit vermieden. Durch den Einsatz von TEG etwa im Kfz oder in energieintensiven Industrieprozessen kann Kraftstoff eingespart beziehungsweise der Prozess insgesamt effizienter gestaltet werden.
Auch die Abwärme beispielsweise eines Kamins oder Pellet Ofens kann genutzt werden, um – je nach Anwendung – zusätzlich elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Die Bereitstellung von elektrischer Energie kann zur Einsparung von Batterien genutzt werden. Für bestimmte Anwendungen können Akkus nachgeladen werden, sodass der Einsatz von Batterien entfällt, wie etwa für die elektrische Zündung von Gasbrennern.
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Christian Stiewe · E-Mail: christian.stiewe@dlr.de · DLR.de
