Thermophotovoltaik: Strom aus Wärme

(25.11.2005) Nicht das sichtbare Licht, sondern Wärmestrahlung ist die Stromquelle bei der Thermophotovoltaik (TPV): Spezielle Photovoltaikzellen wandeln hierbei Wärmestrahlung direkt in elektrische Energie um. Vielseitige Einsatzmöglichkeiten, die mögliche Nutzung unterschiedlichster Brennstoffe zur Beheizung des Strahlers und eine sehr hohe Leistungsdichte lassen auf eine wichtige Rolle der TPV bei einer hocheffizienten Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energien hoffen. Auf der "2nd Conference for Thermophotovoltaics" im Rahmen der "CLEAN ENERGY POWER 2006" am 19.1.2006 im ICC Berlin stellen renommierte Wissenschaftler den Stand der Technik und Entwicklung dieser bemerkenswerten Technologie vor.

Thermophotovoltaik (TPV) kann im Prinzip überall dort ansetzen, wo eine Verbrennung von Kraftstoffen erfolgt. Photovoltaikzellen nehmen die von einer Wärmequelle ausgehende Strahlung auf und wandeln diese in elektrischen Strom um. Prinzipiell sind alle Brennstoffe - gasförmige, flüssige und feste - für die Beheizung des Strahlers denkbar. Die kontinuierliche Verbrennung verspricht gute Abgaswerte. Ein besonderer Aspekt der TPV ist außerdem die Möglichkeit, biogene Brennstoffe zur Kraftwärmekopplung zu nutzen. Ebenso können große Mengen industrieller Abwärme zur Stromproduktion dienen.

Noch sind die experimentell erzielten Wirkungsgrade von wenigen Prozenten sehr bescheiden, mit einer optimalen spektralen Anpassung von Wärmequelle und Photozelle lassen sich theoretisch jedoch über 30% erreichen. Geeignete Zellen kostengünstig herzustellen, ist einer der Schwerpunkte der aktuellen Forschungsarbeiten.

Bei Erzeugung hoher Strahlungsintensitäten lassen sich im Verhältnis zur "normalen" Photovoltaik sehr hohe Leistungsdichten erzielen. So erzeugt eine Solarzelle von der Größe einer Postkarte im Sonnenlicht etwa 1,5 W, ein Thermophotovoltaikgenerator gleicher Größe könnte theoretisch 300 bis 500 W erzeugen.

Zukünftige Märkte werden in den Bereichen Abwärmenutzung großer Brennereinheiten sowie beim Einsatz als kleine Stromerzeugungsaggregate von ca. 100 W bis wenige kW gesehen, dies beispielsweise für Camping-Fahrzeuge, Haushalte ohne Netzanschluss, unterbrechungsfreie Stromversorgungen und militärische Anwendungen sowie als sog. APUs (Auxiliary Power Units) zur Versorgung elektrischer Bordnetze für PKW, LKW und Busse, Schienenfahrzeuge und Schiffe.

Angesprochen werden mit der "2nd Conference for Thermophotovoltaics" potenzielle Anwender, z.B. Modul-, Brenner- und Kesselhersteller, die gesamte Solarbranche, Investoren sowie Vertreter aus Wissenschaft und Forschung. Referenten in Berlin sind u.a. Vertreter der Russian Academy of Science (St. Petersburg), der Dalarna University (Sweden) sowie des Instituto de Energia Solar (Madrid). Partner der Veranstaltung ist das ISET e.V., Institut für Solare Energietechnik in Kassel.