Der Begriff Thermovoltaik bezeichnet einen physikalischen Prozess. Der thermoelektrische Effekt macht es möglich, Wärme in Strom umzusetzen. Dieser Beitrag soll Sie mit der Thematik „Strom aus Wärme mittels Thermovoltaik“ bekanntmachen. Gleich eingangs ist klar zu stellen, dass die Thermovoltaik wegen ihres eher geringen Wirkungsgrades keine Alternative zur Photovoltaik darstellt. Dennoch existieren interessante Anwendungsgebiete.
Das Thermovoltaik-Verfahren: Solarstrom aus Wärme
Vor rund 200 Jahren kam Johann Seebeck dem thermoelektrischen Effekt auf die Spur. Dem Erfinder zu Ehren spricht man vom „Seebeck-Effekt“. Anhand eines Praxisbeispiels aus der Schul-Physikstunde lässt sich der Prozess der Gewinnung von Strom aus Wärme leicht erklären. Sobald ein Kontakt zweier verschiedener elektrischer Leiter hergestellt wird, kann elektrischer Strom fließen. Das Ereignis tritt ein, sobald einer der Leiter erwärmt wird. Als Phänomen der direkten Umsetzung von Wärme in elektrische Energie ist der Seebeck-Effekt von Bedeutung. Aufgrund des eher geringen Wirkungsgrades von etwa einem Prozent ist der wirtschaftliche Einsatz thermoelektrischer Generatoren für die vollumfängliche Abdeckung des Strombedarfs nicht empfehlenswert. Mit Hilfe von Hableitern gelang eine beachtliche Steigerung auf maximal fünf Prozent. Vergleichsweise mit hohem Wirkungsgrad rangiert ein Verfahren auf Basis der Nanokristall-Technologie mit Werten um 14 Prozent.
Strom aus Wärme: Wege wirtschaftlich sinnvoller Nutzung
Der kurze Exkurs in den Physikunterricht hat gezeigt: Als Technologie zur Energie-Erzeugung ist die Thermovoltaik keine wirtschaftliche Alternative zur Photovoltaik mit ihrem höheren Wirkungsgrad. Wo können Sie dennoch im täglichen häuslichen Energiebetrieb einen Nutzen aus dem thermoelektrischen Effekt der Thermovoltaik ziehen? Die pauschale Antwort lautet: Ihr Platz findet sich bei diversen Hybrid-Systemlösungen zur Energiegewinnung.
Während die Physik-Wissenschaft weiter am Thema „Strom aus Wärme“ forscht, geht es in diesem Beitrag um bereits verfügbare Lösungen.
Hybrid-Kollektoren kombinieren Solarthermie & Photovoltaik
Der Hybrid-Kollektor ist ein bereits entwickelter und am Markt verfügbarer Baustein für Ihre Energieversorgung. Die Besonderheit dieses im Markt als PVT-Kollektor bezeichneten Produkts besteht in der Kombination der Photovoltaik- und Solarthermie-Verfahren. In der Praxis bedeutet dies, dass ein Hybrid-Kollektor gleichzeitig sowohl Wärme als auch Strom aus Wärme erzeugt.
Der PVT-Kollektor arbeitet nach dem Schichtenmodell. Hinter der äußeren Glasplatte des Kollektors befinden sich die Photovoltaik-Energiezellen zur Stromerzeugung.. Darunter befindet sich eine weitere Schicht mit sogenannten Solar-Absorbern. Ihre Aufgabe besteht darin, Wärme bereit zu stellen. Die Industrie bietet Produkte an, die als Wärmeträger für die Erzeugung von Strom aus Wärme entweder spezielle Solarflüssigkeit oder Luft einsetzen.
Folgende Einsatzgebiete für PVT-Hybrid-Kollektoren sind nach heutigem Stand der Technik möglich:
+Koppelung mit einem Heizkessel
+Nutzung des gewonnenen Stroms für den Eigenbedarf
+Einspeisung des gewonnenen Stroms ins öffentliche Netz
+Nutzung des Stroms zum Betrieb einer Wärmepumpe und/oder Erdsonde
Die Nutzung von Hybrid-Kollektoren ist eine vergleichsweise junge Technik mit weiterem Entwicklungspotenzial. Die technische Herausforderung besteht vor allem darin, die im Hybrid-Kollektor eingebetteten Solarzellen auf kühlen Betriebstemperaturen zu halten.
Blockheizkraftwerke (BHKW): Wärme plus Strom
Von zunehmender Bedeutung für Sie als privater Anwender sind die technologisch anspruchsvollen Blockheizkraftwerke (BHKW). Diese Technik ist mit Zuschnitt auf Einfamilien- und kleinere Mehrfamilienhäuser am Markt erhältlich. Das Verfahren beruht auf der Kraft-Wärme-Kopplung. Die Heizungsbau-Fachleute von Kesselheld bestätigen dem BHKW interessante Alleinstellungsmerkmale im Vergleich mit Brennwertheizung oder Photovoltaik-Anlage.
Die Kraft-Wärme-Kopplung als Energie-Erzeugungsprinzip eines BHKW ist grundsätzlich begrüßenswert und einleuchtend. Aufgrund seiner konstruktiven Eigenschaften liefert Ihnen ein BHKW im eigenen Haus sowohl Wärme als auch Strom aus Wärme.
Von zentraler Bedeutung bei den Betriebskosten ist die Position „Brennstoff“ für den Prozess der Kraft-Wärme-Kopplung.
Im Gegensatz zu einer konventionellen Heizungsanlage profitieren Sie bei der Gegenüberstellung der Kosten von der Doppelfunktion des BHKW: Ihre Energiekosten sinken in der Gesamtbetrachtung, denn der zusätzlich zur Wärme generierte Strom wirkt sich kostendämmend aus. Für eine Kosten-Kompensation sorgt das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz – kurz: „KWK-Gesetz“. Damit regelt der Gesetzgeber seit dem Jahr 2002 die Rechte für Einspeisung und Vergütung des mittels Kraft-Wärme-Kopplung erzeugten Stroms.