O-Flexx Technologies. Thermoelektrische Generatoren Ein variabler Leichtbauansatz

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1 O-Flexx Technologies Thermoelektrische Generatoren Ein variabler Leichtbauansatz

2 Gliederung Thermoelektrik: Vorstellung der Technologie Stand der Technik Der O-Flexx-Ansatz Märkte und Anwendungen 2

3 Vision O-Flexx glaubt, daß Abwärme eine zu wenig genutzte Energieform ist. Wir arbeiten daran, diese Nutzung durch die Entwicklung und Produktion von neuartigen thermoelektrischen Generatoren zu verbessern und Abwärme in hochwertige elektrische Energie zu wandeln. 3

4 Umwandlungseffizienz von Primärenergie ~57 % Abwärme 1 Quad = 1,055 * J 4

5 Nutzungsmöglichkeiten von Abwärme Thermoelektrische Generatoren Abwärmemenge ORC-Prozeß Dampfprozesse T Umgebung Temperaturniveau der Abwärme Abwärme auf verschiedenen Temperaturstufen zwischen Umgebungstemperatur und größer 1000 C vorhanden Je höher das Temperaturniveau, desto wirtschaftlicher die Nutzung der Abwärme Unter 100 C momentan kein wirtschaftliches Verfahren verfügbar 5

6 Wie funktioniert Thermoelektrik? Wenn zwei dotierte Halbleitermaterialien (n- und p-typ) miteinander verbunden und einem Temperaturgradienten ausgesetzt werden, generieren sie eine elektrische Spannung: U = U n + U p Eine solche Paarung heißt Thermo-Paar. U p U n State of the art -Materialien generieren eine Spannung von ca µv/k pro Paar für Temperaturen bis zu 200 C. Die Umwandlungseffizienz ist definiert als: η = P Q& el zu 6

7 Thermoelektrische Anwendungen Temperaturmessung: Thermoelement Kühlung: Peltier-Element Stromerzeugung: TEG 7

8 TEGs: Stand der Technik TE-Module optimiert für thermoelektrische Kühlung Einsatz als Generator prinzipiell möglich, aber nicht optimiert Daher keine wirtschaftliche Lösung zur Stromerzeugung verfügbar, nur Nischenanwendungen (Raumfahrt, entlegene Regionen) 8

9 Aufbau eines TEGs nach Stand der Technik Starre Bauform Hohe Materialkosten in Folge des hohen Füllvolumens Miniaturisierung sind mechanische und wärmetechnische Grenzen gesetzt Teurer Herstellprozeß durch hohen manuellen Anteil (Sägen, Kantenkontrolle, Löten) Begrenzte Baugröße erfordert Wärmekonzentration auf der Heißseite und Wärmespreizung auf der Kaltseite. Quelle des Bildes: Wikipedia 9

10 Schwierigkeiten bei der Systemintegration Starres und planares TEG-Modul (5 x 5 cm)? Fluidführendes Rohr (z.b. Wasser oder Gas) Länge: z.b. 1 m Starre Bauform nicht geeignet zur direkten Kopplung mit Rundrohren Schlechte Kopplung mit verteilten Wärmequellen 10

11 Dickschicht Dünnschicht O-Flexx Thermischer Widerstand eines TEG-Moduls Dickschicht Dünnschicht O-Flexx L L* L Q & Q & Q & 11

12 O-Flexx TEG-Eigenschaften Der Aufbau der O-Flexx Thermogenerator-Module bietet gravierende Vorteile in entscheidenden Parametern zur Optimierung eines Systems: Stoffschlüssige Anbindung an Wärmequelle und senke Flexibilität des thermischen Widerstandes Anbindung an verteilte Wärmequellen und -senken Potential der Miniaturisierung Einsparpotential durch Materialersparnis Möglichkeit der kostensenkenden Massenfertigung 12

13 Drei generische Produktplattformen Power Board: Energieversorgung autarker Sensoren: µw bis mw Power Strap: Autarke Systeme oder Aufladung von Energiespeichern: 1 W bis zu mehreren 100 W und Temperaturen bis ca. 350 C Power Cell: Autarke Systeme, Aufladung von Energiespeichern oder zur Netzeinspeisung bis in KW-Bereich und Temperaturen über 350 C bis zu C 13

14 Power Board Energy Harvesting-Konzept: Temperaturbereich: C (an TEG-Heißseite) Wärmequelle: Rohre, Heiz-/Kühlrippen, verteilte oder konzentrierte Quellen Leistung: <1 W, Priorität auf Nutzung kleiner Temperaturdifferenz und kleine Baugröße TE Material: Bismuth-Tellurid 14

15 Power Strap Niedertemperatur-Konzept: Temperaturbereich: C (an TEG-Heißseite) Wärmequelle: Rohre, Heiz-/Kühlrippen, verteilte oder konzentrierte Quellen Leistung: bis 8 W/m für flüssige Heißseite (260 C) und Wasserkühlung bis 8 W/m für gasförmige Heißseite (380 C) und Wasserkühlung TE Material: Bismuth-Tellurid 15

16 Power Cell Hochtemperatur-Konzept: Temperaturbereich: C (an TEG-Heißseite) Leistung: abhängig von Wärmequelle TE Material: Silizium-Germanium 16

17 Anwendungen Automotive Treibstoff- und CO 2 -Einsparungen um 1-3% Autarke Sensoren Sensoren mit eigener Energieversorgung Metallherstell- prozesse Energieerzeugung in der Größenordnung von kw BHKW Steigerung der elektrischen Ausbeute Heizungssysteme Lokomotiven Stromnetzunabhängige Heizungssysteme mit eigener Stromerzeugung Treibstoffeinsparungen bis zu 10% 17

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 18