Was ist ein Wärmekonverter?
Ein thermischer Wandler, auch als Thermoelement-Wandler oder thermoelektrischer Generator bezeichnet, ist ein elektronisches Gerät, das Wärmeenergie in elektrische Energie umwandeln kann. Obwohl es mehrere Arten von thermischen Wandlern gibt, basieren sie alle auf dem Seebeck-Effekt. Der Seebeck-Effekt ist ein Phänomen, bei dem Temperaturunterschiede genutzt werden können, um elektrischen Strom zu erzeugen. Es wurde erstmals 1826 von Thomas Johann Seebeck entdeckt, als er feststellte, dass zwei verschiedene Metalle eine elektrische Ladung erzeugen können, solange sich die Verbindungspunkte der beiden Metalle auf unterschiedlichen Temperaturen befinden. In der Zwischenzeit wurde festgestellt, dass der durch diese Umstände erzeugte thermoelektrische Effekt mit zunehmender Temperaturdifferenz zunimmt.
Ein häufiges Missverständnis ist, dass ein Wärmekonverter dasselbe ist wie eine Wärmekraftmaschine. Eine Wärmekraftmaschine wandelt Temperaturunterschiede in mechanische Leistung um, während ein thermischer Wandler Temperaturunterschiede direkt in elektrische Energie umwandelt. Auch wenn Wärmekraftmaschinen häufig effizienter als Wärmekraftmaschinen sind, können Wärmekraftmaschinen in einigen Situationen vorzuziehen sein, da sie kleiner und kompakter als die meisten Wärmekraftmaschinen sind. Der Hauptunterschied zwischen Wärmekonvertern und Wärmekraftmaschinen besteht darin, dass ein Wärmekonverter im Gegensatz zu den meisten Generatoren im Allgemeinen keine beweglichen Teile aufweist, mit Ausnahme eines möglichen Kühlgebläses.
Wärmekonverter können in verschiedenen Situationen eingesetzt werden. Neben dem Einsatz als Ersatz für Wärmekraftmaschinen wird auch die Nutzung der Abwärme von Verbrennungsmotoren, wie sie in Autos und Flugzeugen zum Einsatz kommen, erforscht. In diesem Fall könnte die Kraftstoffeffizienz dieser Maschinen erheblich gesteigert werden. Thermokonverter werden auch in weitreichenden Raumsonden eingesetzt, um eine konstante elektrische Energiequelle zu erzeugen.
Es gibt jedoch einige Probleme bei der Verwendung von Wärmekonvertern. Beispielsweise erzeugen die Wandler in der Regel nur einen Wirkungsgrad von 5-10%, sofern die Spannung nicht wesentlich erhöht wird. Um eine Leistung zu erzielen, die groß genug ist, damit der Wärmewandler mit dem Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors mithalten kann, muss die Anzahl der zur Erzeugung des elektrischen Stroms verwendeten unterschiedlichen Elemente erhöht werden. Das Endergebnis ist, dass der Wärmewandler zu groß wird, um effizient zu sein. Es wird jedoch geforscht, um die generative Kapazität von Wärmekonvertern zu erhöhen, sodass diese Temperaturunterschiede mit der Zeit effizienter genutzt werden können, ohne sie so groß zu machen, dass sie ihre Wirksamkeit verlieren.