Thermoelektrische Generatoren: Mikro-Energieversorgung ohne Batterie und Kabel auf der Hannovermesse
Thermoelektrischer Generator von otego – nicht größer als ein Zuckerwürfel. (Grafik otego GmbH)
Kraftwerke so klein wie Zuckerwürfel, die für Zuhause genauso geeignet sind wie für die Industrie: Thermoelektrische Generatoren (TEG) wandeln selbst geringe Temperaturunterschiede in der Umgebung in elektrische Energie um. Die otego GmbH, eine Ausgründung aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), hat ein solches Elektronikbauteil nun erstmals im industriellen Maßstab fit für den Markt gemacht: Den „oTEG“ stellen die Entwickler vom 23. bis 27. April 2018 auf der Hannover Messe vor.
Das Team von otego macht Thermoelektrische Generatoren (TEG) durch neuartige Materialien und großindustrielle Produktionsverfahren massenmarkttauglich, die Produktion einer Prototypenserie soll noch in diesem Jahr starten. Der innovative Energieumwandler „oTEG“ verspricht zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen Industrie 4.0 und Smart Home. Ähnlich wie Solarzellen Licht in elektrische Energie umwandeln, können TEGs Strom aus der Umgebungswärme gewinnen und damit eine kontinuierliche Versorgung gewährleisten. „So lassen sich verschiedenste Sensoren, Auswerteelektronik und Funkanbindungen batterielos betreiben: Von einfachen Produkten wie einem drahtlos kommunizierenden Datentracker bis hin zu verteilten Sensorknoten in Industrieanlagen und künftig auch elektronischen Thermostaten an Heizkörpern“, sagt Frederick Lessmann, einer der Unternehmensgründer. Damit seien die TEGs nicht nur eine ideale Energiequelle für komfortable Anwendungen im häuslichen Umfeld, sondern können auch zur Versorgung einer Vielzahl von autarken Industrie-Sensoren in größeren Anlagen eingesetzt werden. Polymermaterialien machen den oTEG mechanisch flexibel und unempfindlich gegenüber Stößen und Vibrationen, weshalb er über längere Zeit ohne Wartung eingesetzt werden kann. Obendrein kommt er vollkommen ohne Schwermetalle aus und schont damit wichtige Ressourcen.
Das Umwandeln der Energie aus der Umgebungswärme macht der Seebeck-Effekt möglich: Herrscht innerhalb eines thermoelektrischen Halbleitermaterials ein Temperaturgefälle, wird darin eine elektrische Spannung aufgebaut. Kombiniert man ein weiteres Halbleitermaterial mit möglichst gegensätzlichem Spannungsverhalten, kann das Potenzial dieses „Thermopaares“ als Spannungsquelle für kleine Verbraucher genutzt werden. Im oTEG sind tausende dieser Thermopaare in Reihe geschaltet. Die erzeugte Spannung liegt im einstelligen Volt-Bereich und reicht aus, um Mikroelektronik-Schaltungen zu versorgen. Die Besonderheit der oTEGs liegt im selbstentwickelten Produktionsverfahren: „Wir drucken die elektrischen Leiterbahnen auf extrem dünne Kunststofffolien – das geht in etwa so schnell wie beim Zeitungsdruck. Die bedruckten Folien bringen wir dann mithilfe unserer speziellen automatisierten Origami-Faltung in eine kompakte Form. Wir haben in den letzten Jahren intensiv daran gearbeitet, diese Methode im industriellen Maßstab umzusetzen und schnell und kostengünstig produzieren zu können“, so Lessmann.
In der zweiten Jahreshälfte 2018 will otego eine Prototypenserie produzieren, um mit Unternehmenspartnern konkrete Produktanwendungen zu realisieren. Dem Start-up geht es nicht nur darum, die Generatoren in bestehende Systeme zu integrieren, sondern auch neue Wege zu beschreiten. Während bislang Batteriespeicher oder Versorgungskabel nicht wegzudenken waren, ermöglichen die autarken und wartungsfreien oTEGs ganz neue Herangehensweisen für Produkte.
Halle 27, Stand K51