Direkte Abwärmeverstromung in thermoelektrischen Energiesystemen
Prozessbedingte Abwärme in verschiedenen energieintensiven Prozessen, wie in der Stahl- und Glasherstellung sowie in Großbäckereien bleibt häufig ungenutzt und geht an die Umgebung verloren.
Mit thermoelektrischen Modulen lässt sich Wärme direkt in elektrische Energie umwandeln. Thermoelektrische Abwärmenutzung könnte den Primärenergieverbrauch senken, und damit signifikant zum Klimaschutz beitragen.
In diesem Projekt soll der Gesamtwirkungsgrad der thermoelektrischen Abwärmenutzung mit verfügbaren Komponenten unter realistischen Bedingungen ermittelt und verbessert werden. Hierzu soll ein Mehrkammer-Kalorimeter aufgebaut werden um den thermischen Wirkungsgrad der Wandlung zu messen. Die Verbesserung des elektrischen Wirkungsgrads soll durch einen angepassten Umrichter mit Maximum Power Point Tracking (MPPT) erreicht werden. Im Rahmen des Projektes soll exemplarisch eine Schaltung entwickelt werden, die die elektrische Leistung von drei Thermogeneratoren, betrieben in drei unterschiedlichen Temperaturdifferenzen, in eine maximale elektrische Ausgangsleistung umwandelt. In dem Mehrkammerkalorimeter werden Wärmeszenarien aus unterschiedlichen Industriebranchen nachgebildet und der Gesamtwirkungsgrad ermittelt.
Außerdem wird das langfristige Ziel verfolgt, thermoelektrische Hochtemperatur-Generatoren zu entwickeln. Auf Grund höherer Temperaturdifferenzen steigen die Carnot-Wirkungsgrade und damit auch der Wirkungsgrad der TE-Konversion. Konventionelle Lotverbindungen können den häufigen Temperaturwechseln nur eingeschränkt standhalten. Gerade bei höheren Temperaturdifferenzen muss daher eine neuartige Drucksinterverbindungstechnik mit deutlich verbesserter Temperaturwechselfestigkeit zum Einsatz kommen.
Das Projekt gibt einen Ausblick über das Potenzial der Abwärmeverstromung mittels Thermoelektrik in der deutschen Industrie.
Projektpartner:
Das Projekt wird in Kooperation mit dem Institut für Halbleitertechnik (TU Braunschweig) durchgeführt.
Technische Universität Clausthal
Institut für Elektrische Energietechnik
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38678 Clausthal-Zellerfeld
Germany
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