PellTEG - Klimaneutrale stromerzeugende Heizung basierend auf Holzpellets und thermoelektrischem Generator

Abstract

Im Projekt PellTEG wurde ein neuartiges Konzept für die Wärme- und Stromversorgung von Wohngebäuden entwickelt und untersucht: die Integration eines Thermoelektrischen Generators (TEG) in einen modernen Pelletkessel. Ziel war es, aus der Verbrennungswärme von Holzpellets zusätzlich elektrische Energie zu gewinnen – ohne die Gesamteffizienz der Heizung zu beeinträchtigen. Durch die Kombination von Wärme- und Stromerzeugung entsteht eine klimaneutrale und dezentrale KraftWärme-Kopplung (KWK), welche die Energiewende sinnvoll ergänzt. Das Projekt wurde von den Partnern Isabellenhütte Heusler, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt – Institut für Fahrzeugkonzepte und Ritter Energie durchgeführt und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Gemeinsam wurde die Basis für eine neue Generation von emissionsfreien, stromerzeugenden Heizsystemen gelegt. Das zentrale Ergebnis des Projekts ist die Entwicklung und Integration eines TEG-Systems in einen Pelletkessel. Es wurde gezeigt, dass die Technologie in der Gebäudeheizung wirtschaftlich einsetzbar ist. Durch umfangreiche Simulationen und Optimierungen wurde ein TEG-Design entwickelt, das die thermischen und strömungsmechanischen Randbedingungen des Kessels optimal nutzt. Darauf basierend wurden Thermoelektrische Module und deren Fertigung entwickelt sowie erste Funktionsmuster aufgebaut. Die Module wurden auf Robustheit und Lebensdauer optimiert und getestet, was für eine langfristige Nutzung im Heizkessel entscheidend ist. Zudem wurde eine neuartige Leistungselektronik speziell für TEG entwickelt. Die TEG-Funktionsmuster wurden in Pelletkessel integriert und unter anwendungsnahen Bedingungen im Pelletkessel betrieben. Das Betriebsverhalten des Pelletkessels mit integriertem TEG wurde analysiert und durch konstruktive und regelungstechnische Anpassungs-Maßnahmen optimiert. Für die Integration wurde eine automatisierbare Reinigungsmechanik entwickelt und eingesetzt. Die technischen Herausforderungen bei der Integration, wie Ascheablagerungen oder thermische Belastungen, wurden systematisch analysiert. Im Projekt wurde umfassendes Wissen über die Anwendung von Thermoelektrik in der Gebäudetechnik generiert. Die erzielten Erkenntnisse über Materialverhalten, Systemdynamik und Betriebssicherheit bilden eine Grundlage für zukünftige Entwicklungen, auch über die Gebäudetechnik hinaus. Die Technologie bietet ein hohes Potenzial, da sie eine klimaneutrale Stromerzeugung direkt am Verbrauchsort ermöglicht, die Abhängigkeit vom Stromnetz reduziert sowie die Energie-effizienz und Wirtschaftlichkeit erhöht. Besonders in der Winterperiode bietet die Technologie eine wertvolle Ergänzung zur Photovoltaik. Die Entwicklung einer wirtschaftlichen und wartungsfreien Lösung mit geringen Zusatzkosten macht sie für private Haushalte attraktiv.