ModiSys Power Entwicklung einer Mikro-Kraft-Wärmekopplung mit Thermogeneratoren als modulares integriertes System für Biomassekessel

Die Energieumwandlung von Wärme in Strom ist ein zentrales Zukunftsthema (dezentrale Energieerzeugung, Eigenversorgung Wärme und Strom mit nachwachsenden Rohstoffen, Smart Grid …)

Für den Betrieb von Pelletsfeuerungen (Kessel, Öfen) ist elektrische Energie zur Brennstoffförderung, Regelung usw. notwendig, somit ist die Wärmeerzeugung von der öffentlichen Stromversorgung abhängig, was bei Stromausfällen zu einem Ausfall der Wärme- und Warmwasserbereitstellung führt. Biomassekessel besitzen jedoch das Potential diese elektrische Energie selbst bereitzustellen. Dazu muss Wärme in elektrische Energie umgewandelt werden.

Thermoelektrische Generatoren (TEG) sind auf Grund Ihrer Eigenschaften hervorragend für den Einsatz in Biomassekleinfeuerungen geeignet. Sie benötigen weder ein Arbeitsmedium noch bewegte Teile, arbeiten daher geräuschlos und weitgehend wartungsfrei. Am Markt sind derzeit nur thermoelektrische Komponenten verfügbar, welche von den Kesselherstellern nicht effizient verbaut werden können, da das Know How über die thermische Anbindung, die elektrotechnische Verschaltung und den Wärmefluss über das Modul nur eingeschränkt vorhanden ist. Für eine erfolgreiche Anwendung durch Feuerungshersteller sind integrierte Elemente (z.B. Wärmetauschermodule) unabdingbar. Bisherige Entwicklungen fokussierten vor allem auf den Niedertemperaturbereich. Zur Erreichung hoher Wirkungsgrade und Ausbeuten sind jedoch die im Kessel verfügbaren Temperaturen von >700°C notwendig.

Ziel und Inhalt des Vorhabens ist die Konzeption und die Bewertung eines energieliefernden bzw. autarken Heizsystems bestehend aus Biomassekessel und thermoelektrischem Generator/Wärmetauscher. Über den Eigenverbrauch der gesamten Heizanlage inkl. Pumpen hinausgehende elektrische Energie wird für den nächsten Start zwischengespeichert oder bei Überschuss in das Hausnetz eingespeist.

Das Ergebnis des Projekts ist ein validiertes Konzept eines Wärmetauscher-Elementes, das auf die thermischen Voraussetzungen eines Biomasse-Kessels ausgerichtet ist (Lastgang, Temperaturbereich, Asche, Reinigung, Ausdehnungen). Die Nutzung eines möglichst großen Anteils der thermischen Energie zur Erzielung einer hohen Ausbeute an elektrischer Leistung und die Optimierung des Materialeinsatzes beim thermoelektrischen Element hinsichtlich technischer Parameter (Kennlinien, Lastgang, elektrische Verschaltung) sowie der Kosten (Leistungsausbeute vs. Kosten der Umwandlung) wird dabei umgesetzt.