Thermo­elek­tri­sche Ab­wärme­nut­zung – neu­es De­sign spart Mate­rial

Die einzelnen Bausteine thermoelektrischer Module sind nur wenige Millimeter groß. Sie werden aus bestimmten Metalllegierungen – zum Beispiel Halb-Heusler-Verbindungen – herausgesägt. (Bild: Fh.-IPM)

Die einzelnen Bausteine thermoelektrischer Module sind nur wenige Millimeter groß. Sie werden aus bestimmten Metall­legierungen – zum Beispiel Halb-Heusler-Verbindungen – herausgesägt. (Bild: Fh.-IPM)

Die Thermoelektrik gehört zu den Zukunftstechnologien für das Energy Harvesting. Dazu zählt bei­spiels­weise die Nutzung über­schüs­siger Abwärme: Thermo­elektrische Module wandeln dabei Wärme direkt in Strom um und können so zur besseren Energie­effizienz beitragen. Für einen breiten Einsatz der Energie­wandler – etwa im Auto, in Energie­systemen oder Industrie­anlagen – müssen die Module deutlich effizienter und preisgünstiger werden.

Mit der optimierten Modul-Geometrie ist Fraunhofer-IPM der Marktreife nun einen großen Schritt näher gekommen: Bei gleicher Leistung und Effizienz genügt jetzt die Hälfte des üblicher­weise einge­setzten thermo­elektrischen Materials. Vergleichs­messungen haben gezeigt, dass weitere wichtige Modul­eigen­schaften wie thermischer Leitwert, Innen­wider­stand sowie die Seebeck-Spannung der opti­mierten Module im Vergleich zu Modulen mit herkömm­licher Geometrie unver­ändert bleiben.

Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Thermo­elektrik konzentrieren sich bis dato vor allem auf die Verbes­serung thermo­elektrischer Materialien, weniger auf deren Verar­beitung und deren Einsatz in Modulen. Neue Materialien wie Halb-Heusler-Verbindungen, Skutte­rudite oder Silicide, die vor allem für Anwendungen bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, erreichen heute eine deutlich höhere Effizienz als noch vor wenigen Jahren.

Dies ist jedoch nur die Grundvoraussetzung für den Einsatz der Thermoelektrik auf breiter Front. Für die meisten Anwendungen sind diese High-Tech-Materialien bisher zu teuer. Hier bedeutet die Material­einsparung bei der Modulfertigung einen großen Schritt in Richtung Industria­lisierung. Gleichzeitig sind die signifikanten Gewichts­einsparungen bei gleich­bleibender Leistungs­fähigkeit insbesondere für mobile Anwendungen wie im Automobil­bereich entscheidend. Und das Design­konzept erlaubt weitere Verbesserungen.

Das IPM stellte das neue Moduldesign letzte Woche auf der 4. Tagung Thermoelektrik in Berlin vor. (Quelle: Fh.-IPM / pro-physik.de)

Links: Geschäftsfeld Thermoelektrische Energiesysteme, Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM, Freiburg / Brsg.4. IAV-Tagung Thermoelektrik – Abwärmenutzung in Verkehr und Industrie, Ellington Hotel Berlin, 10.12.2014 – 12.12.2014

Weitere Beiträge: Rubrik „Energy Harvesting“, energyviews.de

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