Warum gibt es keine solaren Thermovoltaik Module?

Hallo,
neben der direkten Umwandlung der Sonnenenergie in Elektrizität durch Photovoltaik gibt es auch die noch die sogenannte Thermovoltaik mit der
man thermische Energie driekt in Elektrizität umwandeln kann. Die Thermovoltaik mittels Peltier-Elementen hat einen Wirkungsgrad von etwa 4-5 %. Dies ist auch nicht viel schlechter als Dünnschichtzellen. Und die Kosten pro W bei Peltier-Elementen liegen bei etwa 2 ¤. Dies ist also durchaus vergleichbar mit der Photovoltaik, wenn nicht sogar günstiger.
Meiner Meinung nach hätte sie einige Vorteile gegenüber der Photovoltaik: - Nutzung eines breiteren Spektrums des Sonnenlichts - Durch Integration von Wärmespeicherung Ausweitung der Stromabgabe - Auch im Winter hohe Ausbeute da es nur auf Temperaturdifferenz ankommt. - Im Winter auch Nutzung von Wärme der Heizungen möglich.
Auch das Potential für weitere Kostensenkungen bei der Produktion von Peltier-Elementen ist bei weitem noch nicht ausgeschöpft da es noch keine große Massenproduktion gibt. Zur Strahlungssammlung kann auch auf die Erfahrung mit thermischen Solarkollektoren zurückgegriffen werden.
Warum wird die Thermovoltaik noch nicht großflächig genutzt um Elektrizität aus Sonnenstrahlung zu gewinnen?
Mir geht es nur um die Nutzung des Seebeck-Effekts (Peltier-Element). Denn hier hat man wie bei PV-Anlagen keinerlei Mechanik.
Ich habe unter http://thermalforce.de/de/product/module/index.php?uid )23846cab03ec6c72daf5f454193b5e&refnoch ein Vakuummodul mit integriertem 10 W Generator gefunden.
Sowas müsste ja auch durch das EEG gefördert werden. Einzig Kombi-Anlagen die im Sommer die Sonne nutzen und im Winter die Abwärme der Heizung wären problematisch, obwohl das sicher auch sinnvoll wäre. Schliesslich könnte man so mit den Anlagen Sommer wie Winter Strom erzeugen.
Emil
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Emil Naepflein schrieb:

Hallo,
Du musst auch die Nachteile sehen, wenn eine dicke Wolke vor der Sonne ist kühlen die Peltier Elemente ab, wenn die Sonne wieder raus kommt brauchen sie eine gewisse Zeit bis sie wieder warm genug sind für den normalen Betrieb. Was ist bei bedecktem Himmel, Solarzellen können auch nur 10 % der Maximalleistung liefern, aber was machen die Peltierelemente dann? Wenn man damit im Winter die Wärme der Heizung zur Stromerzeugung nutzen will wird es kalt im Zimmer, man bekommt die Wärme ja nicht umsonst. Peltierelemente leiden darunter das man für sie Werkstoffe bräuchte die gut elektrisch leiten aber schlecht thermisch, aber die gibt es nicht, entweder beides gut, oder beides schlecht.
Bye
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Uwe Hercksen schrieb:

http://www.heise.de/newsticker/Strom-aus-Auto-Abwaerme--/meldung/102565/from/rss09
Gruß Dieter
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On Mon, 09 Jun 2008 14:04:23 +0200, Uwe Hercksen

Die Peltierelemente recken sich ja nicht direkt in die Sonne sondern sind entweder hinten auf einem Absorber drauf oder befinden sich vielleicht im Keller. Verschwindet die Sonne dann hat der Absorber oder das Wärmetransportmedium entsprechend seiner Wärmekapazität Energie gespeichert. Sind die Peltier-Element luftgekühlt dann sinkt wenn eine Wolke vorhanden ist auch die Außentemperatur und die Temperaturdifferenz verringert sich nicht so stark.

Da die Peltierelemente nur einen Wirkungsgrad von ca. 4 % haben ist der Wärmeverlust minimal. Zudem sollte hier ja eher die Wärme der Abgase genutzt werden.
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Emil Naepflein schrieb:

Hallo,
da hast Du leider den Wirkungsgrad missverstanden. Der Wärmeverlust ist gross weil der Wirkungsgrad so klein ist.
Bye
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begin quoting, Uwe Hercksen schrieb:

Hier hast Du etwas nicht verstanden: Der Carnot-Wirkungsgerad einer Heizung ist praktisch null, weil sie nur Entropie und Abwärme erzeugt. Das verbessert sich in jedem Fall gewaltig, wenn man zwischen Brenner (Flammtemperatur ca. 800 °C) und Luftwärmetauscher eine wie auch immer geartete Wärmekraftmaschine anordnet (ein Peltier- bzw. Seebeck-Element ist auch eine).
Nehmen wir mal an, das Element könnte die Temperaturdifferenz zwischen 500 °C und 100 °C nutzen, dann ergäbe sich daraus ein Carnot-Wirkungsgrad von 51 %. (Für den Unterschied zwischen 30 °C und 80 °C wären es nur 14 %.) Nehmen wir mal an, wegen prinzipieller Mängel könnte ein reales System davon nur die Hälfte ausnutzen, dann würde es dem Brenner also 25 % der Leistung entziehen und in hochpreisigen Strom umwandeln - der Besitzer wäre selig, trotz der erforderlichen um ein Drittel höheren Brennerleistung.
Bei Heizungen ist nur die Wärmemenge, die zum Kamin entweicht, Verlust (weswegen man dort mittels der Brennwerttechnik möglichst auch noch die Kondensationswärme den Rauchgasen entzieht), alles andere ist Nutzleistung. Die Idee scheitert aber daran, daß die wirtschaftlich sinnvollste Energiesparmaßnahme nicht die Umstellung einer konventionellen Heizung auf höherwertige technik ist, sondern die Einsparung der Heizung durch Umstellung des Gebäudes auf Passivhausstandards. Und wenn schon überhaupt geheizt werden soll, dann ist es am sinnvollsten, die Brennstoffe in hocheffizienten Großkraftwerken zu verstromen und dann die Objekte mittels elektrischer Wärmepumpen zu beheizen.
Bleibt die Anwendung im Zusammenhang mit Kollektoren, die in der warmen Jahreszeit Brauchwasser bereitstellen und in der kalten einn evtl. vorhandenes Heizsystem unterstützen können. Unabhängig von der Außentemperatur erzeugen Kollektoren eine annähernd konstante Temperaturerhöhung des Mediums, was z. B. bedeuten kann, daß sie bei 30 °C Lufttemperatur eine Vorlauftemperatur von 95 °C erreichen können und bei -30 °C Lufttemperatur entsprechend 35 °C (auch nicht schlecht). (Bei Vakuum-Hochtemperaturkollektoren sieht das etwas anders aus, die können unabhängig durchaus an die 200 °C Öltemperatur erreichen - man nimmt wegen der Temperaturbeständigkeit gerne Olivenöl als Arbeitsmedium.) Selbstverständlich ist wegen der geringeren Gesamteinstrahlung die Wärmeausbeute im Winter wesentlich geringer als im Sommer.
Diese Temperaturdifferenz läßt sich sinnvoll mit Thermoelementen nutzen. PV wandelt etwa 10 % der Direktstrahlung in Elektroenergie um - wenn die "Peltiers" davon die Hälfte schaffen, dann kann das wirtschaftlich schon sehr interessant sein. Und natürlich brauchen diese Elemente keineswegs "auf dem Dach" angeordnet zu werden (das ist nur sinnvoll, wenn sie durch Direktbestrahlung sehr hohe Oberflächentemperaturen weit über 100 °C erreichen sollen), sondern können natürlich an den thermischen Tgesspeicher angebaut sein, so daß ihre Energieabgabe "on demand" erfolgt und nicht mit der Besonnungssituation korreliert ist. (Technisch würde das so zu realisieren sein, daß die Kaltseite durch einen Lüftungskanal (oder auch eine Wasserkühlung - sinnvoll, wenn ohnehin Trinkwasser von ca. 10 °C auf ungefähr Körpertemperatur erwärmt werden soll) gekühlt wird und diese Kühlung bei Nichtinanspruchnahme der elektrischen Leistung dann einfach abgeschaltet wird (z. B. durch Schließen des Lüftungskanals). Dann geht durch die Anschlußstelle des Wandlers dem Speicher keine Wärme mehr verloren, weil sich einfach das gesamte Thermoelement auf die Speichertemperatur erwärmt.)
Das grundsätzliche Problem jedes Thermoelements ist die Konkurrenz zwischen thermischer und elektrischer Leitfähigkeit: Die warme und die kalte Seite müssen elektrisch leitend miteinander verbunden sein, wobei die elektrische leitfähigkeit möglichst hoch sein soll, um Stromwärmeverluste, und die Wärmeleitfähigkeit möglichst klein, um Wärmeleitungsverluste zu minimieren. Und dabei sind physikalisch nur sehr schlecht gute Kompromisse zu finden.
Gruß aus Bremen Ralf
--
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wrote:

Wenn die Temperaturdifferenz annähernd gleich ist dann ist auch die elektr. Ausbeute mit Peltierelementen annähernd gleich. D.h. man hätte mit einem Thermovoltaik-Modul eine viel gleichmäßigere Stromabgabe über das Jahr als bei Nutzung von PV. In Kombination mit Wärmespeichern sogar noch gleichmäßiger. Damit könnte man dann quasi auch Grundlast erzeugen.

Besser wäre es meiner Meinung nach aber wenn man die Erzeugung vergleichmäßigen würde anstatt on Demand zu liefern. Denn die Elemente sind trotz allem teuer und außerdem sollte man soviel regenerative Energie damit erzeugen wie es geht. Spitzenlast kann auch auf andere Art und Weise geliefert werden.
Mich wundert es immer noch warum diese Entwicklung der Thermoboltaik nicht intensiver voran getrieben wird. Bei Endkundenkosten für ein Pelitierelement von etwa 2 ¤/Watt ist das erstmal nur etwa halb so teuer wie PV. Da man das Element aber über mehr Stunden im Jahr nutzen kann könnte es sein dass man damit Strom heute schon zum halben Preis eines PV-Modules erzeugen kann.
Wie schon geschrieben spielt der geringere Wirkungsgrad von vielleicht 4 % erstmal keine so große Rolle wenn der Preis pro erzeugter kWh nur halb so hoch ist wie bei einem PV-Modul mit 20 % Wirkungsgrad.
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begin quoting, Emil Naepflein schrieb:

Bezogen auf die eingestrahlte Energie - im Winter scheint die Sonne aber nunmal weniger.

Natürlich nicht, der Lastgang ist annähernd der gleiche, zudem haben derzeitige PV-Module bei gleicher Einstrahlung einen höheren Wirkungsgrad bei niedrigeren Außentemperaturen, ganz im Gegensatz zur TV.

Das wäre "schön blöd".

Das limitierende Element ist die gewonnene Gesamtwärmemenge. Wenn die nicht ausreicht, um die Peakleistung 7/24 zu erzeugen, dann ist es natürlich sinnvoll, die während der Hochpreiszeiten ins Netz einzuspeisen bzw. zu erzeugen, denn der hohe Preis ist doch eine Folge der relativen Knappheit. Im Sommer kann es dann natürlich dazu kommen, daß das Energiedargebot der Anlage insgesamt so viel höher ist, daß praktisch gar keine andere Möglichkeit besteht, als die Erzeugung auf Nennlast Strich zu fahren.

Wenn...
Du kaprizierst Dich übrigens IMHO zu sehr auf "Module" - ein Arbeitsmedium (Fluid) könnte mit einer viel höheren Energiedichte ausgenutzt werden und durch diese Konzentrierung die Wandlerkosten senken, einfach, indem das Medium langsam durch den Kollektor strömt und dabei erwärmt wird und dann schnell durch den Wandler zur Entladung. Durch diese Konzentration läßt sich die Wärme auch viel effizienter speichern als mit Speichermassen "auf dem Dach".

Es ist sinnlos, sich auf irgendwelchen Lorbeeren auszuruhen: Man soll und wird von vornherein solche Systeme optimieren.
Gruß aus Bremen Ralf
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Carnot Wirkungsgrad (100 °C, 30° C) = 19 % Carnot Wirkungsgrad (50 °C, -20° C) = 22 %
Der Carnot Wirkungsgrad bei gleicher Temperaturdifferenz erhöht sich also bei sinkender unterer Temperatur.
Das bedeutet also dass man im Winter mit dem Peltier-Element theoretisch sogar einen höheren Ertrag erzielen könnte trotzdem die Sonne weniger scheint.

Einmal haben PV Module im Winter wegen des geringeren Strahlungsangebotes einen wesentlich geringeren Ertrag. Dies kann keinesfalls durch den höheren Wirkungsgrad bei niedrigeren Temperaturen kompensiert werden. Zudem haben auch die TV-Module bei niedriger Temperatur einen höheren Wirkungsgrad solange die Temperaturdifferenz nahezu gleich bleibt. Und der Ertrag ist bei gleicher Temperaturdifferenz im Sommer und Winter nahezu gleich.

Nein, das wäre sehr effizient. Denn die teuere Technik wird das ganze Jahr durchgehend genutzt und bringt damit Geld.
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Emil Naepflein schrieb:

Hallo,
wann wird es bei uns hier im Winter schon mal -20 ° C? Im Winter die Kollektorfläche durch Sonneneinstrahlung auf 50 °C zu bringen, das muß man auch erst mal schaffen, das erfordert Isolation durch Mehrscheibenverglasung, genaue Ausrichtung auf die Sonne, wahrscheinlich auch noch Lichtbündelung durch Linsen oder Spiegel. Das Peltierelement leitet dann die ganze Wärme gut zur kalten Seite ab weil es ja auch gut thermisch leitet, dann erreicht man die 50 °C nicht. Ausserdem leigen reale Peltierelemente noch weit unter dem Carnot Wirkungsgrad.
Bye
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On Wed, 11 Jun 2008 09:36:02 +0200, Uwe Hercksen
Bei uns in Bayern kommt das chon ein paar mal vor. Teilweise sind die Temperaturen auch unter -30° C.

Das war auch nur ein Beispiel um zu zeigen dass der Carnot-Wirkungsgrad mit dem Sinken der unteren Temperatur steigt.

Reale Peltierelemente liegen im Bereich von 3-4 %. Aber wenn man stattdessen pro Jahr das Vielfache der Energiemenge gegenüber PV erzeugen kann weil der Generator Sommer wie Winter betrieben werden kann dann kostet die kWh selbst bei gleichen Kosten pro kW weniger.
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Emil Naepflein schrieb:

Hallo,
in einigen wenigen Gebieten von Deutschland, für wenige Tage im Jahr, in Jahren wo es überhaupt mal so kalt wird, also für die gesamte Fläche von Deutschland nicht sehr relevant.
Bye
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Uwe Hercksen schrieb:

und vorallem nachts :-]. Sonnenschein _und_ -30°C dürfte seltenst[tm] sein.
--
mfg Rolf Bombach

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begin quoting, Emil Naepflein schrieb:

Ein relativer Unterschied von 16 %.

Nun liegt die Einstrahlung eines Wintertags aber bei gerade mal 20 % eines Sommertags.

Das und nur das ist entscheidend.

Richtig, aber irrelevant.

Und dieselbe Energiemenge bedarfsgerecht in Spitzenlastzeiten verkauft bringt *noch viel mehr Geld* und rechtfertigt wahrscheinlich damit zusätzliche technische Aufwendungen.
Gruß aus Bremen Ralf
--
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Emil Naepflein schrieb:

Du argumentierst in Kreisen. Falls im Winter das Strahlungs- angebot tiefer ist, ist die Temperaturdifferenz am TV Modul auch kleiner. Damit du dann gleichen Wirkungsgrad bekommst, müsstest du im Winter auf kleinere Module umschalten.
Das ist ja der Mist von TV, der Wirkungsgrad geht mit abnehmendem Wärmefluss linear runter, während der Wirkungsgrad von PV gleich bleibt, jeweils in erster Näherung.
--
mfg Rolf Bombach

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begin quoting, Rolf_Bombach schrieb:

Nein, das stimmt nicht: Die Bestrahlungsintensität kann auch im Winter zeitweise sehr hoch sein, aber die Anzahl der Sonnenscheinstunden ist einfach viel geringer.

Das ändert an der möglichen Temperaturdifferenz aber nichts.

ACK
Gruß aus Bremen Ralf
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Wenn die Temperaturdifferenz gleich ist ist auch der Wirkungsgrad nahezu gleich.
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begin quoting, Emil Naepflein schrieb:

Abgesehen davon, daß Du in < das gegenteil vorgerechnet hast: Wovon hängt denn die erreichbare Temperaturdifferenz wohl ab?
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Ich weiss nicht ob Du das Wort "nahezu" interpretieren kannst.

Aus den Unterschieden zwischen Strahlungsabsorbtion und den Wärmeverlusten aus Wärmeleitung und abgegebener Wärmestrahlung wenn wir uns auf die Sonnenstrahlung beziehen.
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begin quoting, Emil Naepflein schrieb:

Und das Ganze dann mal bitte als Formel, und dann sollte Dir eigentlich etwas auffallen.
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