Thermoelektrische Energiewandlung

Die Wandlung von thermischer Ener-gie in elektrische Energie beruht auf dem Seebeck-Effekt, welcher besagt, dass an einem elektrischen Leiter eine elektrische Spannung entsteht, wenn dieser, einer Temperaturdifferenz ausgesetzt wird. Technisch umgesetzt wird dieser Effekt in plättchenförmigen thermoelektrischen Modulen. Werden diese Modulen zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke positioniert und ein elektrischer Verbraucher angeschlossen, so fließt Strom. Da der Wirkungsgrad der Mo-dule nicht nur von Materialgüte ab-hängig ist, sondern auch mit größerer Temperaturdifferenz zunimmt und darüber hinaus ohnehin die Nutzung von möglichst viel Wärme wünschens-wert ist, erscheint vor allem das Abgas als Wärmequelle attraktiv. Als Wärme-senke kann dann das Motorkühlwasser dienen.

Entwicklung fahrzeuggerechter Thermoelektrischer Generatoren am DLR

Um die Fahrzeug-Energieeffizienz zu verbessern wird am DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte (IFK) in Stuttgart die Entwicklung und Systemintegration Thermoelektrischer Generatoren (TEG) betrieben. Dabei liegt das Haupt-augenmerk auf dem Zusammenspiel von TEG und Fahrzeuggesamtsystem.

TEG-Versuchsfahrzeug

So müssen bspw. intelligente Lösungen gefunden werden, um die Belastung des Motorkühlsystems durch zusätzlichen Wärmeeintrag zu minimieren bzw. nutzenbringend zu steuern oder um den verursachten Abgasgegendruck bei möglichst guter Wärmeübertragung zu begrenzen. Zu Beginn jeder Entwicklungsphase werden dabei stationäre wärmetechnische Simulationen durchgeführt, um unterschiedlliche TEG-Designs hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit bewerten zu können. Mithilfe eines dynamischen TEG-Modells kann darüberhinaus der TEG im Gesamtfahrzeugmodell bewertet werden.

Mithilfe von CAD-Programmen wird das vielversprechendste Design ausgearbeitet. Hier kommen auch FE-Methoden zum Einsatz, um die thermomechanische Stabilität zu untersuchen. Nach der Fertigung der Einzelkomponenten können die Prototypen zusammengebaut und experimentell untersucht werden.

Heißgasprüfstand des Instiuts