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Research unit
SFOE
Project number
101356
Project title
Thermoelektrische Konversion, tiefe und mittlere Temperaturen

Texts for this project
 GermanFrenchItalianEnglish
Key words
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Short description
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Publications / Results
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Final report
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CategoryText
Key words
(German)
TP0081;F-Elektrizitätstechnologien & -anwendung
Short description
(German)
Thermoelektrische Konversion, tiefe und mittlere Temperaturen
Publications / Results
(German)
Neue thermoelektrische Materialien in Kombination mit Nanostrukturierung (low-dimensionality) ermöglichen eine massive Verbsserung der Gütezahl ZT.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
ETH-Zürich

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Fröhlich,K.
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Publications / Results
(English)
The thermoelectric conversion of heat into electricity at high temperatures is impossible with conventional converters. Thus, a high temperature stable demonstrator is developed to convert concentrated solar radiation directly into electricity at high (Carnot) efficiencies. The maximum output power Pmax and the efficiency η of the solar conversion of heat into electrical energy was measured on a series of four – leg thermoelectric oxide modules (TOM). The modules were constructed by combining two p- (La1.98Sr0.02CuO4) and two n-type (CaMn0.98Nb0.02O3) thermoelements connected electrically in series and thermally in parallel. The temperature gradient ΔT was applied by a High – Flux Solar Simulator source (HFSS) which generates a spectrum similar to solar radiation. The influence of the coating graphite layer on the hot side of the Al2O3 substrate compared to the uncoated surface on ΔT, Pmax and η was studied. The measurements show an almost linear temperature profile along the thermoelectric legs. The maximum output power of 88.8 mW was reached for a TOM, with a leg length of 5 mm at ΔT = 622 K. The highest conversion efficiency η was found for a heat flux between 4 – 8 W cm-2 and the dependence of η on the leg length was investigated.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
EMPA

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Tomes,Petr
Weidenkaff,Anke
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Final report
(German)
Das Ziel dieses Projektes war die Entwicklung verbesserter thermoelektrischer (TE) Materialien für die direkte Umwandlung von Sonnenwärme in Elektrizität. Die maximale Leistungsabgabe Pmax und der Wirkungsgrad η der Umwandlung wurde bei mehreren vierbeinigen thermoelektrischen oxidischen Modulen (TOM) bestimmt. Die Module bestanden aus je zwei p- (La1.98Sr0.02CuO4) und zwei n- (CaMn0.98Nb0.02O3) Thermoelementen, welche elektrisch in Serie und thermisch parallel geschaltet waren. Die Sonnenwärme lieferte eine High-Flux Solar Simulator Source (HFSS), welche ein sonnenähnliches Strahlungsspektrum erzeugt. Unsere Messungen sind als Machbarkeitsstudie für die Nutzung von Hochtemperatursolarstrahlung gedacht. Bisher scheiterten derartige Untersuchungen an der geringen Temperaturstabilität konventioneller TE-Materialien. Die vorliegende Studie beweist, dass die Module zur direkten Umwandlung von Sonnenwärme in der Lage sind. Die Messungen zeigen einen nahezu linearen Temperaturgradienten durch den Modulquerschnitt. Allerdings betrug die maximal erzielte Leitungsabgabe nur 88.8 mW bei einem TOM mit 5 mm Beinlänge und einer Temperaturdifferenz von ΔT = 622 K und muss noch durch die Anpassung des Konverterdesigns and die angewendeten Materialien optimiert werden. Der höchste Umwandlungswirkungsgrad η wurde bei einem Wärmefluss von 4 – 8 W cm-2 gemessen. Die Abhängigkeit des Wirkungsgrads η von der Beinlänge der Module wurde ebenso untersucht wie der Einfluss eines Graphitüberzugs auf der Al2O3-Oberfläche der heissen Modulseite auf ΔT, Pmax and η.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
EMPA

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Tomes,Petr
Weidenkaff,Anke
Related documents
Final report
(English)
The project aims at the development of better thermoelectric materials for the direct conversion of solar heat into electricity. The maximum output power Pmax and the efficiency η of the conversion was measured on a series of four-leg thermoelectric oxide modules (TOM). The modules were constructed by combining two p- (La1.98Sr0.02CuO4) and two n-type (CaMn0.98Nb0.02O3) thermoelements connected electrically in series and thermally in parallel. The temperature gradient ΔT was provided by a High-Flux Solar Simulator source (HFSS) which generates a spectrum similar to solar radiation. This project was intended to be a feasibility study for the utilization of high temperature solar heat, which could not previously be demonstrated due to the low temperature stability of conventional materials. The direct conversion was proven by this study. The measurements show an almost linear temperature profile along the thermoelectric legs. However, the maximum output power resulted in 88.8 mW for a TOM with a leg length of 5 mm at ΔT = 622 K. and has yet to be optimized by improving the converter design and the applied materials. The highest conversion efficiency η was found for a heat flux of 4 – 8 W cm-2. The dependence of η on the leg length was studied as well as the influence of a graphite coating on the hot Al2O3 surface on ΔT, Pmax and η.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
EMPA

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Tomes,Petr
Weidenkaff,Anke
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