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
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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.
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.
Der Wirkungsgrad ist aber viel schlechter als derjenige eines Stirling-Motors mit 25%.
Wenn man kann. Ansonsten ist der Nachteil, dass man direktes Sonnenlicht braucht und der Wirkungsgrad bei diffusem Licht schlecht wird. Für hohe Temperaturen braucht man dann noch Konzentratoren, und dann wird das nochmals viel kritischer.
Ja, schon, aber wie gesagt schlechter Wirkungsgrad. Stirling gibt es seit Jahrzenten, ursprünglich der McDonnell-Dish.
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noch ein Vakuummodul mit integriertem 10 W Generator gefunden.
Zumindest interessant.
Jawoll, das ist freie Marktwirtschaft. Neuestes Schlagwort in CH: Kostendeckende Einspeisetarife. Ankoppklatsch..
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.
Der Wirkungsgrad ist völlig irrelevant. Entscheidend ist was der erzeugte Strom im Vergleich kostet. Trotzdem der Stirling weit mehr als
29 % Wirkungsgrad hat, konnte er sich seit hundert Jahren nicht wirklich durchsetzen. Der Vorteil der Peltier-Elemente ist dass sie wie PV keinerlei mechanische Teile haben und deshalb jahrzehntelang ohne Wartung Strom liefern können.
Man braucht kein direktes Sonnenlicht. Wie mit normalen Solarkollektoren für Warmwasser kann man auch diffuse Strahlung, insbesondere auch im langwelligen Bereich nutzen. Wer Solarkollektoren besitzt der hat bestimmt schon festgestellt dass selbst im Winter wenn es draußen sehr kalt ist die Kollektoren trotzdem noch 40-50° C haben können. Ein Thermovoltaikmodul kann hier die Temperaturdifferenz von 40-50 K zur Stromerzeugung nutzen. Die Differenz braucht nicht 100 K betragen.
Die gibt es zwar seit Jahrzehnten, konnten sich aber nie durchsetzen. Mir geht es nicht um einen Ersatz der typischen thermischen Solarkraftwerke die mit Konzentratoren und hohen Temperaturdifferenzen arbeiten. Es geht darum die ganz normalen PV-module die im Sommer nur über eine bestimmte Tageszeit Strom erzeugen und bei wechselnder Bewölkung nur schwankend Strom erzeugen durch Thermovoltaikmodule zu ersetzen. Diese nutzen nur eine Temperaturdifferenz von 50-100 K. Dadurch dass aber ein Speicher integriert werden kann können sie mehr Stunden am Tag Strom liefern. Und auch im Winter können sie weit mehr Strom liefern als vergleichbare PV-Module da im Winter wegen der niedrigeren Außentemperatur eine ähnliche Temperaturdifferenz wie im Sommer erzielt werden kann.
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> noch ein Vakuummodul mit integriertem 10 W Generator gefunden.
Es gibt im Energiebereich keine freie Marktwirtschaft.
Da Peltierelemente auf die elektrische Leistung bezogen trotz nciht vorhandener Massenproduktion knapp die Hälfte der PV-Module kosten könnte die Grid-parität damit schon fast erreichbar sein.
Wie man ihn eben bauen will. Grundsätzlich steht ein Stirling in Sachen Wirkungsgrad einem Diesel in nichts nach. 40% wurden schon realisiert.
50% sollten auch möglich sein.
Na ja - es wird immer irgendwelche Anwendungsfälle geben, für die auch Thermovoltaik sinnvoll wäre. Da fällt mir z.B. der Auspuff von Autos ein. Es wurden damit auch schon Versuche gemacht, die Lichtmaschine abzulösen. Vorteil: solche Technik ist extrem leicht. Nachteil: hält nicht lang genug. Ein interessanter Versuch war Folgender: Das Auspuffrohr war auf seiner Außenseite mit einem Metall beschichtet, das den Elektronen eine niedrige Austrittsarbeit bot. Darüber wurde ein weiteres Rohr geschoben, auf dem die ausgetretenen Elektronen auftreffen sollten. Der Zwischenraum wurde evakuiert. Hat ganz gut funktioniert. Nur dumm, dass mit den Elektronen auch ganze Atome abdampften und sich als Metall elektrisch leitfähig auf die Dichtungen legten und so einen Kurzschluss innerhalb des Elements verursachten. Das war dann das Ende der Vorstellung. Mit entsprechender Gestaltung der Dichtung sollte sich m.E. aber schon noch was machen lassen.
Angesichts des immensen EnergieÜBERangebots, das uns die Natur bietet, kann der Wirkungsgrad nicht das alleinseeligmachende Argument sein.
Stirlingmotoren sind älter als Otto- und Dieselmotoren.
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Automatisches Stromhandelssystem in Echtzeit für Jedermann! Schlage ich seit Jahrzehnten vor.
Und zwar mitsamt allem Drum und Dran, wozu selbstverständlich auch unsere Lebensgrundlagen (=Umwelt) gehören.
Weil er ein ausgesprochener Pechvogel ist. Kaum war der Stirling so weit, dass er ordentlich funktionierte, kam Otto mit seinem Motor daher, der sich nun auch für mobile Anwendungen eignete. Technische Modeströmungen gab's auch schon damals. Der nächste Anlauf war die militärische Stromversorgung für mobile Funkgeräte. Damit sollte aus jedem Abfall Strom in ausreichend großer Menge gewonnen werden. Also Lagerfeuer, Motor drüber und damit funken. Kaum war die Maschine so weit, wurde der Transistor erfunden und die Funkgeräte konnten mit leicht tragbaren Batterien bzw. einem Handdynamo betrieben werden. Seit meiner Diplomarbeit 1981 ist der Stirling für die Strom-Wärme-Kopplung in aller Munde. Dagegen hat allerdings die etablierte Stromlobby was, weil die Gewinne dann nicht mehr sie, sondern der "Kleine Mann" einstreichen würde. Das ist ein höchst politisches und weniger ein technisches Problem. Deshalb wird in einschlägigen Kreisen ein automatisches Echtzeit-Stromhandelssystem für Jedermann gar nicht gern gesehen.
Richtig. Mit einem automatischen Stromhandelssystem würden sich mit Sicherheit diverse Marktnischen für diese Technik finden. Aktuell ist der Strommarkt allerdings auf superträge Großkraftwerke zugeschnitten. Da kann sich Kleintechnik kaum etablieren.
Auch Solarzellen werden heiß. Sie sollten gekühlt werden. Dann produzieren sie mehr Strom. Ein Thermovoltaikmodul könnte als Kühlung verwendet werden, die zusätzlichen Strom liefert.
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.
Solange der Investor dafür nicht bezahlen muß, nicht.
Glück hat auf die Dauer nur der Tüchtige.
Daran sind Dampfturbinen nicht gestorben. Warum werkeln heutzutage in Großkraftwerken wohl keine Stirling-Motoren?
Diese Behauptung wird durch ständige Wiederholung nicht richtiger. Aktuell haben wird ein europaweites automatisches Stromhandelssystem, an dem jeder teilnehmen kann (doch, doch...). Wenn sich das für Motorheizkraftwerker offenbar (trotz steuerlicher Förderung) trotzdem nicht lohnt, dann liegt das sicher nicht am Stromhandel.
Hm. PV-Zellen sind eine "Hochtemperaturanwendung", d. h. die relevanten physikalischen Vorgänge laufen im eV-Bereich ab, was für alltägliche Verhältnisse "irrsinnig heiß" bedeutet. Vom Prinzip her könnte also eine Solarzelle auch weit über 100 °C ohne wesentliche Funktionseinschränkung arbeiten. Die praktischen Probleme ergeben sich aus der thermischen Trägererzeugung - das Halbleitermaterial wird mit zunehmender Temperatur exponentiell zunehmend eigenleitend, wodurch die erzeugten PV-Spannungen intern teilweise kurzgeschlossen werden und der Wirkungsgrad dadurch sinkt. Deshalb arbeiten die bei niedrigen Temperaturen tendenziell effizienter. Dann können sie aber auch nicht als Warmseite eines Thermoelements verwendet werden, denn das ist eine "Wärmekraftmaschine", also eine Niedertemperaturanwendung, die auf die hohe Temperatur des "warmen Reservoirs" angewiesen ist.
Nur ist da das letzte Wort noch nicht unbedingt gesprochen: Solarzellen werden natürlich aus relativ hochdotiertem Material hergestellt, damit es auch bei niedrigen Temoeraturen schon eine ausreichende Leitfähigkeit besitzt. Prinzipiell gibt es aber auch Hochtemperaturhalbleiter, die überhaupt erst bei höheren Temperaturen eingermaßen "munter" werden. Und Peltierelemente werden heutzutage auch aus Halbleitern hergestellt. Es wäre also gut vorstellbar, daß irgendwann Kombi-PV-Zellen am Markt erscheinen, bei denen es sich um Peltierelemente handelt, die auf der Beleuchtungsseite eine PV-Zelle besitzen. Der Gesamtwirkungsgrad bei relativ gleichen Herstellungskosten würde dann z. B. von ca. 10 % auf vielleicht 15-20% gesteigert wreden können, und das wäre ein gewaltiger Fortschritt, weil die Modulgesamtfläche einen nicht unerheblichen Batzen bei den Errichtungskosten einer PV-Anlage ausmacht.
Aus dem gleichen Grund, warum dort keine Dieselmotoren werkeln? OK, richtig große Schiffsdiesel kommen immerhin auf ca. 60-70 MW... Und in Autos (gemeinhin) keine Gasturbinen? Anders gesagt: Jede Technik hat in einem bestimmten Leistungsbereich ihre Stärken.
In Schiffen scheinen sich die Leistungsbereiche der verschiedenen WKM offensichtlich zu überschneiden - welche Grenze hat der Sirling-Motor nach oben? Baugröße, Drehzahl?
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.
Ein besser Wirkungsgrad nutzt wenig wenn dieser mit weit höheren Kosten erkauft wird. Der Wirkungsgrad spielt nur insofern eine Rolle dass die nötige Fläche um eine bestimmte Energiemenge zu ernten sich mit besserem Wirkungsgrad verkleinert. Da wir aber in dieser Hinsicht noch nicht an Grenzen stoßen ist das auch noch nicht entscheidend.
Interessant erscheint mir die Kombination mit thermischen Solarkollektoren. Hier kann man die Kollektoren quasi doppelt nutzen und hat nur die zusätzlichen Kosten für den thermisch elektrischen Generator.
Das größte Problem ist die entsprechende Kühlung um die Temperaturdifferenz aufrecht zu erhalten, gleichzeitig die 95 % der thermischen Energie mit einer Temperatur zu nutzen die sinnvoll ist. Meiner Meinung nach wäre das nur über einen zusätzlichen Kaltwasserspeicher möglich wo immer das wärmste Wasser in den eigentlichen Warmwasserspeicher überführt wird. Dazwischen muss dann die Kühlung des Thermoelements angeordnet sein.
Oder wie kann man die Kühlungstemperatur sonst möglichst konstant halten?
Dann war Rudolf Diesel wahrscheinlich nicht tüchtig. Er hat sich vor Verzweiflung umgebracht. Bill Gates muss unglaublich tüchtig gewesen sein, weil er es zum reichsten Mann der Welt gebracht hat. Ich kenne Leute mit 16-Stunden-Tag, die nach deiner Auffassung gar nicht tüchtig sein können, weil ihr Berufstand von der Politik abgeschafft werden soll, um deren Verdienst lieber in die Dividenden amerikanischer Aktiengesellschaften fließen zu sehen.
Sag's!
Und durch ständige Dementis nicht falscher.
Setzt voraus, dass die aktuellen Strompreise in Echtzeit aufgrund Angebot und Nachfrage gebildet und augenblicklich mitsamt Handelsspanne veröffentlicht werden, dessen Empfang insbesondere dem "Kleinen Mann" keine nennenswerten Kosten verursachen darf und der täglich beliebig oft wechselnd zwischen Käufer und Verkäufer wechseln kann, ohne Mindestumsätze im MWh-Bereich für seine Wirtschaftlichkeit zu benötigen.
Sondern woran?
Was willst du mit solchen Theorien? JETZT werden die Solarzellen im richtigen Leben schlicht zu heiß. Wären sie kühler, würden sie mehr Strom produzieren.
Klar ist ein Thermoelement eine "Wärmekraftmaschine". Läuft sie mit kleiner Temperaturdifferenz, kommt halt wenig Strom raus. Am Ende ist es eine schlichte Frage der Wirtschaftlichkeit.
Der größte mir bekannte Stirlingmotor wurde von MAN in Augsburg für den Antrieb von U-Booten gebaut und wurde unter Wasser aus Wärmespeichern (z.B. LiF) gespeist.
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