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Entwicklung eines Nano-BHKWs unter Nutzung kaskadisch angeordneter thermoelektrischer Generatoren und Optimierung nach elektrischen Systemparametern

Arne Stumpf, TH Nürnberg

Arne Stumpf

 

Betreuer:

Prof. Dr.-Ing. Thomas Metz, TH Nürnberg

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Karl, FAU

 

Entwicklung eines Nano-BHKWs unter Nutzung kaskadisch angeordneter thermoelektrischer Generatoren und Optimierung nach elektrischen Systemparametern

Ziel des durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Projektes ist die Entwicklung eines Nano-Blockheizkraftwerkes (Nano-BHKW) zur effektiven Nutzung der im Heizbetrieb von Ein- und Mehrfamilienhäusern anfallenden Abwärme in elektrische Energie. Hierzu wird eine konventionelle Brennwerttherme mit thermoelektrischen Modulen (TEM) auf Basis neuartiger Skutterudit-Halbleitersysteme kombiniert. Die TEM nutzen die vorhandene Temperaturdifferenz zwischen Warm- und Kaltseite des Heizsystems um via Seebeck-Effekt eine Potentialdifferenz zu erzeugen. Im Gegensatz zu bisher verfügbaren Systemen auf Basis von Verbrennungsmotoren kann mittels der Thermoelektrik auch im thermischen Niedriglastbereich elektrische Energie bereitgestellt werden. Die Kombination der hohen Wirkungsgrade der Brennwerttechnik mit einer bedarfsgerechten elektrischen Energiebereitstellung soll ein hocheffizientes BHKW für Privathaushalte ermöglichen.

Im Rahmen des Projektes wird hierzu zunächst ein entsprechendes digitales Modell des Nano-BHKWs erstellt werden. Dies bildet den Wärmetransport vom Rauchgas bis zum Kühlwasser, wie auch die damit verbundenen Strömungsverhältnisse präzise ab. Das Modell wird in einem Versuchsstand, der ebenfalls während des Projektes aufgebaut wird, validiert und optimiert.

Die wissenschaftlichen Kernfragen des Projektes umfassen die Darstellung eines homogenen Temperaturfeldes in der Generatorwand, sowie die Optimierung des Nano-BHKWs nach relevanten Systemparametern, wie beispielsweise dem Druckverlust und dem damit korrelierenden elektrischen Eigenbedarf des Systems.

 

 

 

schematische Darstellung des Nano-BHKW

 

Projektpartner

Deutsches Luft- und Raumfahrt Zentrum, Köln

SitusTechnicals GmbH, Wuppertal

metz automotive GmbH, Amberg

Interdomo GmbH, Emsdetten

 

Förderung