Spannungen im einstelligen Voltbereich

Thermoelektrisches Kraftwerk so klein wie ein Zuckerwürfel

| Autor / Redakteur: Johann Wiesböck / Rainer Graefen

Der Thermoelektrische Generator „oTEG“ ist vielseitig einsetzbar, etwa zur Versorgung von drahtlosen Industriesensoren.
Der Thermoelektrische Generator „oTEG“ ist vielseitig einsetzbar, etwa zur Versorgung von drahtlosen Industriesensoren. (Bild: otego GmbH)

Thermoelektrische Generatoren (TEG) erzeugen selbst bei geringen Temperaturunterschiede in der Umgebung elektrischer Energie. Ein solches Elektronikbauteil wurde nun erstmals im industriellen Maßstab für den Markt realisiert.

Das Team der otego GmbH, eine Ausgründung aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 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.

Erzeugung elektrischer Energie aus Umgebungswärme

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.

Hintergrund zur otego GmbH

Die patentierte Technik der Thermoelektrischen Generatoren von otego wurde in mehrjähriger Forschung am Lichttechnischen Institut (LTI) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) entwickelt. Die 2017 vom KIT ausgegründete otego GmbH arbeitet derzeit an der Markteinführung solcher Generatoren.

Ein interdisziplinäres Team deckt die gesamte Entwicklung von den Materialien bis zum fertigen Generator und dessen elektronischer Anbindung ab. Das Konzept des jungen Unternehmens hat auch Investoren überzeugt: otego schloss die erste Kapitalisierungsrunde mit einer Seed-Finanzierung in siebenstelliger Höhe ab.

* Diesen Beitrag haben wir von unserem Partnerportal Elektronik Praxis übernommen.

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