Thermoelektrische Konversion, tiefe und mittlere Temperaturen

• Unité de recherche: OFEN
• Numéro de projet: 101356

Mots-clé (Allemand)

TP0081;F-Elektrizitätstechnologien & -anwendung

Description succincte (Allemand)

Thermoelektrische Konversion, tiefe und mittlere Temperaturen

Publications / Résultats (Allemand)

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.

Documents annexés

• Das Thermoelektrische Kraftwerk - Jahresbericht 2005 [PDF] 53 kB
• Das thermoelektrische Kraftwerk - Jahresbericht 2006 [PDF] 1'577 kB
• Geo-Thermopower (Geo-TEP) – Materials - Jahresbericht 2005 [PDF] 991 kB
• GEO-THERMOPOWER, GEO-TEP MATERIALS - Jahresbericht 2006 [PDF] 5'738 kB
• Das thermoelektrische Kraftwerk - Jahresbericht 2007 [PDF] 1'557 kB
• TOM: Erstellung eines thermoelektrischen oxidischen Moduls (TOM ) als Demonstrator - Jahresbericht 2008 [PDF] 2'249 kB

Publications / Résultats (Anglais)

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

Documents annexés

• Geo-Thermopower, GEO-TEP Materials - Jahresbericht 2007 [PDF] 1'600 kB
• TOM, Erstellen und Modellierung eines thermo-elektrischen oxidischen Moduls (TOM) als Demonstrator - Jahresbericht 2007 [PDF] 1'165 kB
• Development and modelling of a Thermoelectric Oxide Module (TOM) as demonstrator - Annual report [PDF] 2'195 kB

Rapport final (Allemand)

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

Documents annexés

• GEO-TEP - Development of thermoelectric materials for geothermal energy conversion systems - Schlussbericht 2008 [PDF] 2'013 kB
• Das thermoelektrische Kraftwerk - Schlussbericht [PDF] 7'106 kB

Rapport final (Anglais)

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

Documents annexés

• Construction and modelling of a thermoelectric oxide module (TOM) as a demonstrator - Schlussbericht [PDF] 983 kB