Technologien auf der Basis von Thermowandlern

Thermowandler sind kleine Bauteile, die Wärmeenergie in elektrische Energie umwandeln können. Sie nutzen einen physikalischen Effekt, bei dem durch einen Temperaturunterschied zwischen verschiedenen Materialien eine Spannung entsteht. Wir stellen Ihnen hier einige Anwendungsfälle dieses Phänomens vor.

Was ist ein Thermowandler?

Ein Thermowandler besteht aus Elektroden aus zwei verschiedenen elektrischen Leitern. Diese sind an einem Ende miteinander verbunden. Es gibt Thermowandler mit unterschiedlichen Materialien, unterschiedlichen Kabellängen und für unterschiedliche Temperaturbereichen. Anbieter wie RS Components haben ein breites Sortiment von Thermowandlern im Angebot.

Die Bauteile machen sich einen physikalischen Effekt zunutze, der nach seinem Entdecker Seebeck-Effekt genannt wird. Der deutsche Physiker entdeckte 1821 eher zufällig, dass zwischen zwei verschiedenen elektrischen Leitern ein Strom fließt, wenn ein Temperaturunterschied zwischen ihnen herrscht. Er überprüfte das Spannungsfeld mithilfe einer Kompassnadel.

Der Effekt besagt also, dass sich Wärmeenergie in Strom umwandeln lässt. Dieser Umstand hat eine Reihe von Ideen hervorgerufen, wie man sich den Seebeck-Effekt zunutze machen könnte.

Messgeräte

Weil sich die Temperaturunterschiede der Materialien im Thermowandler in elektrische Energie umwandeln, können Thermowandler dazu eingesetzt werden, Temperaturen zu messen. Man kann somit vor allem kleinere Temperaturunterschiede feststellen.

Werden mehrere Thermowandler in Reihe geschaltet, spricht man von Thermosäulen. Diese kann man zur Strahlungsmessung einsetzen. Folgende Messgeräte basieren auf Thermowandlern:

  • Aktinometer: Gerät zur Messung von Sonnenstrahlung
  • Bolometer: Misst elektromagnetische Wellen.
  • Pyrometer: Zum kontaktlosen Messen von Wärmestrahlung.
  • Pyrgeometer: Gerät zum Messen der atmosphärischen Gegenstrahlung.
  • Pyrheliometer: Misst die Bestrahlungsstärke der Sonne.
  • Pyranometer: Misst die Stärke der Sonneneinstrahlung in einem Sichtfeld von 180 °C.

Wärmepumpen

Der thermoelektrische Effekt kann auch umgekehrt genutzt werden. In Wärmepumpen wird elektrische Energie genutzt, um Wärmeenergie zu produzieren. Dabei liegt der umgekehrte Seebeck-Effekt zugrunde. Wärmepumpen kommen in der Gebäudetechnik zum Einsatz, werden aber auch in anderen Geräten wie bspw. Trocknern und Kühlschränken verwendet.

Isotopenbatterien

Der thermoelektrische Effekt kommt auch in Radionuklidbatterien zum Einsatz. In diesen Geräten werden Isotope radioaktiver Materialien verwendet, um Wärme zu erzeugen. Unter Nutzung des thermoelektrischen Effekts können diese Batterien dazu genutzt werden, um elektrische Energie zu liefern. Isotopenbatterien kommen z.B. in Raumsonden zum Einsatz. Es gibt es jedoch auch verschiedene medizinische Gerätschaften, die mit dieser Energiequelle funktionieren. Eine Isotopenbatterie hat den Vorteil, dass sie lange wartungsfrei funktioniert, da sie ohne bewegliche Teile auskommt. Dies gleicht den relativ geringen Wirkungsgrad von etwa 3 bis 8 Prozent aus.

Nutzung von Abwärme

Es gibt verschiedene Forschungsprogramme, die versuchen, Thermowandler zu nutzen, um Abwärme in elektrische Energie umzuwandeln. In Kraftfahrzeugen wird dieses Prinzip teilweise bereits verwendet: Verschiedene elektrische und Hybridautos speisen die Abwärme der Bremsen wieder in den elektrischen Kreislauf ein. Andere Anwendungsgebiete könnten Abwasseranlagen, Müllverbrennungsanlagen oder Heizkraftwerke sein. Trotz intensiver Forschungsbemühungen ist es bisher nicht gelungen, den Wirkungsgrad zu erhöhen.

Zusammenfassung

Thermowandler machen sich den Umstand zunutze, dass man aus Wärme Strom gewinnen kann. Verschiedene technische Anwendungen nutzen dieses Phänomen. Besonders sind Thermowandler im Bereich der Messtechnik. Andere Anwendungen werden derzeit erforscht, leiden jedoch noch an einem relativ geringen Wirkungsgrad.

Bild (Pyranometer): Bigstockphoto.com / galp