Wissenswertes über thermoelektrische Generatoren

Thermoelektrische Generatoren, auch Thermogeneratoren genannt, kennen viele in physikalisch genau umgekehrt genutzter Form bereits: als thermoelektrische Kühlbox fürs Auto und zum Camping. Während bei Kühlboxen (die oft auch auf eine Wärmfunktion umgeschaltet werden können) elektrischer Strom zur Erzeugung von Kälte und Wärme genutzt wird, tun thermoelektrische Generatoren das genaue Gegenteil: Sie erzeugen Elektrizität durch externe Wärmezufuhr.

Was ist ein thermoelektrischer Generator?

Ein thermoelektrischer Generator ist in der Lage, Wärme auf direktem Weg in elektrische Energie umzuwandeln. Man nennt diesen physikalischen Vorgang, der durch die Kontaktierung unterschiedlicher Metalle und deren Temperaturdifferenzen zueinander erreicht wird, Thermovoltaik. Schaltet man eine größere Anzahl solcher Thermoelemente in Reihe und sorgt für eine ausreichende Temperaturdifferenz, lassen sich damit Spannungen von mehreren Volt erzeugen.

Typen und Bauarten von thermoelektrischen Generatoren

Hauptsache sind zwei Arten thermoelektrischer Generatoren verbreitet, die die notwendige negative Temperaturdifferenz von „heißer“ zu „kalter“ Seite durch zwei unterschiedliche Kühlungsarten erreichen.

Bei wassergekühlten Modellen befindet sich an der Oberseite des Geräts ein Wasserbehälter, der thermisch mit dem eigentlichen Thermoelement verbunden ist. Die notwendige Kühlung wird hier durch das allmähliche Verdampfen der Flüssigkeit und den damit verbundenen Wärmeentzug erreicht. Luftgekühlte Modelle besitzen einen leistungsfähigen Lüfter, der auf einem Kühlkörper montiert ist und so die thermoelektrischen Module kühlt.  

Thermoelektrische Generatoren besitzen im Regelfall ein zylindrisches Gehäuse, das bündig mit der eigentlichen, zu erhitzenden Grundplatte abschließt. Je nach Ausführung befindet sich entweder ein seitlicher, wärmeisolierter Griff am Gehäuse, mit dem der Generator bequem auf der Wärmequelle platziert werden kann, oder ein Tragegriff an der Oberseite. Kleinere Modelle werden meist direkt am Gehäuse gehandhabt.

Wann die richtige Betriebstemperatur und damit die volle Einsatzfähigkeit erreicht ist, signalisieren einige Geräte direkt über eine digitale Anzeige der Ausgangsspannung. Einfachere Modelle besitzen oftmals ein Thermometer zur Temperaturkontrolle oder auch gar keine Anzeigeelemente.

Die Spannungsausgänge variieren in Abhängigkeit vom jeweiligen Modell. Aufwändige thermoelektrische Generatoren besitzen oft mehrere Ausgänge und Adapter zur Spannungsanpassung, während Einstiegsmodelle meist nur eine einzige Buchse aufweisen.

 

Einsatzgebiete von thermoelektrischen Generatoren

Thermoelektrische Generatoren dienen der autarken Stromversorgung kleinerer Verbraucher, wenn die Grenzen sogenannter Powerbanks oder anderer portabler Energiequellen erreicht werden. Dies kann – beispielsweise beim Trekking – gewichtsbedingt sein, wenn die notwendige Anzahl der mitzunehmenden Akkus und damit deren Gewicht oder Platzbedarf zu groß wird. Bei längeren Trips sind thermoelektrische Generatoren meist die bessere Wahl, zumal ohnehin oftmals eine Wärmequelle in Form eines kleinen Kochers oder Mini-Grills mitgeführt wird. Die zeitliche Nutzung ist damit prinzipiell unbegrenzt, solange nur ausreichend Brennmaterial vorhanden ist.

 

Kaufkriterien für thermoelektrischen Generatoren – worauf kommt es an?

Im Vordergrund steht zuerst die benötigte elektrische Leistung. Sie ist der Artikelbeschreibung und dem Datenblatt zu entnehmen, ebenso wie die Anzahl und Art der Spannungsausgänge. Für kleinere Verbraucher wie Mobiltelefone und Tablets reichen wenige Watt zu Ladung und Betrieb aus. Soll der thermoelektrische Generator auch Leuchtmittel oder größere Verbraucher wie Notebooks versorgen, dann empfiehlt sich ein leistungsstärkeres Modell mit beispielsweise 30 Watt Leistung. Damit können dann auch problemlos größere Akkus geladen werden.

Wassergekühlte thermoelektrische Generatoren haben den Vorteil, dass sie besonders kompakt und leicht gebaut werden können, da die eigentliche Kühlung in Form von Wasser nicht im Gerät mitgeführt werden muss. Allerdings verbrauchen sie natürlich im Betrieb Wasser, was für bestimmte Einsatzzwecke nachteilig sein kann, wenn Wasser ohnehin knapp ist. Dafür sind sie praktisch geräuschlos, da sie keine bewegten Teile besitzen.

Luftgekühlte Generatoren sind meist etwas schwerer und nicht ganz so kompakt, dafür benötigen sie weder Wasser zum Betrieb noch verdampfen sie es allmählich. Letzteres kann teils unerwünscht sein, wenn in kleineren geschlossenen Räumen hierdurch eine zu große Erhöhung der Luftfeuchtigkeit stattfindet. Vorteilhaft ist ihre sofortige Einsetzbarkeit ohne vorheriges Einfüllen des Kühlmediums und nebenbei eine gleichmäßige Wärmeverteilung durch den Lüfter in Zelten oder kleineren Hütten.

Unser Praxistipp

Nach dem Einsatz kann besonders die Grundplatte thermoelektrischer Generatoren noch sehr heiß sein. Ein sofortiges Einpacken ist dann einige Minuten lang nicht möglich. Auch wenn es verlockend scheinen mag, sollte man nie „nachhelfen“ und das Gerät in kaltem Wasser oder mit Eis abkühlen. Die schlagartigen Temperaturdifferenzen können zu Schäden durch Materialverformung führen. Derartige Schäden fallen nicht unter die Garantieleistungen. Vermeiden Sie außerdem, dass das Anschlusskabel mit heißen Oberflächen oder gar Flammen in Berührung kommt. Auch als hitzebeständig deklarierte Kabel verkraften dies nicht dauerhaft.

FAQ – häufig gestellte Fragen zu thermoelektrischen Generatoren

Kann ein thermoelektrischer Generator mit einem Lagerfeuer oder auf einem Holzkohlegrill betrieben werden?

Flammen oder andere Hitzequellen dürfen niemals über die Grundplatte des Generators hinausreichen. Thermoelektrische Generatoren sind speziell zum Betrieb mit einer geeigneten Wärmequelle wie beispielsweise Stövchen, Gaskocher, Esbit- oder Spirituskocher und Campingkochern geeignet. Eine zu starke oder zu großflächige Hitzequelle beschädigt den thermoelektrischen Generator.   

Warum dauert es einige Minuten, bis der Generator eine ausreichende elektrische Spannung abgibt?

Voraussetzung zur Energieerzeugung ist eine hinreichende Temperaturdifferenz an den thermoelektrischen Modulen. Erst wenn diese erreicht ist, erbringt der Thermogenerator seine volle Leistung.

 

Fazit: So kaufen Sie den passenden thermoelektrischen Generator

Entscheiden Sie zuerst für sich, ob ein luft- oder wassergekühltes Modell besser für den vorgesehenen Einsatzzweck geeignet ist. Die elektrische Leistung muss ausreichen, ebenso ist auf die benötigten Spannungen und Ströme ein Augenmerk zu legen. Für Trekking-Zwecke eignen sich kompakte Modelle mit Tragebeutel und Befestigungsmöglichkeit am Rucksack besonders gut.  

Praktisch sind mitgelieferte Adapter zur Spannungsanpassung und für verschiedene Arten von elektrischen Verbrauchern. Manche Modelle gibt es auch als Set im Tragekoffer samt Zubehörteilen wie E27-Adaptern, LED-Lampen und 12 V Zigarettenanzünder-Buchsen.

 

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