Strom aus Wärme: Technik und Einsatzbereich 

Blockheizkraftwerke und Brennstoffzellen machen es vor: Die Anlagen erzeugen Strom und nutzen die nebenbei anfallende Wärme, um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Während das in aller Regel auf dem Einsatz verschiedener Brennstoffe basiert, lässt sich Strom aus Wärme auch ohne Umwege gewinnen. Möglich ist das mit der sogenannten Thermovoltaik, für die sich immer neue Einsatzbereiche finden. Wir erklären, wie das funktioniert und wann es sich lohnt, überschüssige Wärme in Strom umzuwandeln. 

Energieeffizienz: Ganzheitliche Ansätze haben viele Vorteile 

Energie ist im Übermaß vorhanden und als Abwärme in Abgasen oder im Kühlwasser häufig nicht weiter nutzbar. Die „verlorenen“ Energiemengen haben jedoch große Potenziale, wenn es um eine effiziente und nachhaltige Energieversorgung geht.

Besonders deutlich ist das am Beispiel der sogenannten Thermovoltaik, die überschüssige Wärme in Strom umwandeln kann. Nach dem Vorbild des Energy-Harvestings lassen sich so selbst kleinste Energiemengen aufgreifen und technisch weiter nutzen. Folglich sinkt der Verbrauch fossiler Energieträger. Der CO2-Fußabdruck schrumpft und Umwelt sowie Klima profitieren. Zu guter Letzt wirken sich ganzheitliche Ansätze auch auf Hausbesitzer und Anlagenbetreiber aus, die dadurch Energiekosten sparen.

Thermovoltaik: Strom aus Wärme mit hohem Wirkungsgrad

Während die Kraft-Wärme-Kopplung bei BHKWs und Brennstoffzellen zahlreiche Komponenten und Umwandlungsprozesse voraussetzt, funktioniert die Thermovoltaik ohne Umwege. Möglich ist das durch thermoelektrische Generatoren, die Wärme direkt in Strom umwandeln. Dazu bestehen die Bauteile einfach beschrieben aus zwei verschiedenen elektrischen Leitern. Steigt die Temperatur des einen Leiters, wandern Elektronen von der heißen zur kalten Seite und Strom lässt sich abgreifen. Der Fall ist das beispielsweise, wenn sich die eine Seite der Generatoren an einer Wärmequelle und die andere an der Luft befindet.

Thermovoltaik erzeugt Strom aus Wärme
© maradon-333  / Shutterstock.com 

Aktuell niedriger Wirkungsgrad lässt sich in Zukunft steigern 

Wollten Wissenschaftler aus Wärme Strom erzeugen, funktionierte das lange Zeit nur mit sehr niedrigen Wirkungsgraden. Während heute Werte von drei bis fünf Prozent üblich sind, sei in Zukunft auch eine Steigerung auf über 20 Prozent denkbar. Um das zu erreichen, setzen Forscher auf Nanotechnik. Sie bringen kleinste Metallpartikel in Halbleiter ein, um die Materialeigenschaften zu optimieren und Strom aus Wärme mit hohem Wirkungsgrad zu gewinnen. Zum Vergleich: Die Solarzellen der Photovoltaik erreichen in der Praxis Spitzenwirkungsgrade von 20 bis 30 Prozent. Polykristalline Solarzellen, die besonders weit verbreitet sind, liegen bei etwa 15 Prozent.

Alternative: Mit ORC-Kreisläufen Strom aus Wärme gewinnen

Auch mit ORC-Kreisläufen (ORC für Organic Rankine Cycle) lässt sich Strom aus Wärme erzeugen. Dazu verdampft die thermische Energie ein spezielles Medium, welches daraufhin eine Turbine sowie einen Generator antreibt. Der Wirkungsgrad liegt auch hier bei etwa 20 Prozent, wodurch die Anlagen wegen ihrer Größe hauptsächlich in Kraftwerken oder industriellen Bereichen zum Einsatz kommen. Dort greifen Sie die Abwärme verschiedenster Geräte und Prozesse auf, um selbst Strom zu erzeugen.

Mit Wärme Strom erzeugen: Verschiedene Einsatzbereiche 

Im privaten Haushalt lassen sich die Thermovoltaik-Generatoren beispielsweise nutzen, um Strom aus Holz zu gewinnen. Dazu installieren Handwerker die Bauteile am Abgassystem des Kamins, um die Wärme der Rauchgase direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Interessant ist der Einsatz außerdem bei stromerzeugenden Heizungen oder Kraftwerken. Wandeln thermoelektrische Generatoren Abwärme vom Motor und den Abgasen in Strom um, steigen die Einsparungen und Hausbesitzer profitieren von einer höheren Wirtschaftlichkeit der Technik.

Weitere Einsatzbereiche finden sich zum Beispiel in der Industrie, wo sich mithilfe thermoelektrischer Prozesse Abwärme in Strom verwandeln lässt. Ein interessantes Beispiel gibt es außerdem im Automobilbereich. Hier kommen die Generatoren zum Einsatz, um Abwärme der Verbrennungsabgase in elektrische Energie umzuwandeln. Letztere versorgt daraufhin die Verbraucher im Auto, was mit einer Kraftstoffeinsparung von etwa zehn Prozent einhergeht.

Heizung.de Autor Alexander Rosenkranz
Fazit von Alexander Rosenkranz
Thermoelektrische Generatoren erzeugen Strom aus Wärme. Ohne Umwege und aufwendige Konstruktionen funktioniert das mit zwei elektrischen Leitern. Befinden sich diese in unterschiedlichen Temperaturniveaus, diffundieren Elektronen hindurch und Strom lässt sich abgreifen. Die Technik kommt heute bereits in vielen Bereichen zum Einsatz, muss aber noch effizienter werden. Letzteres ist möglich, wenn Forscher die Stoffzusammensetzung der Elektroden optimieren.
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