Strom aus Teelicht – Thermogenerator (TEG) im Test

Was ist ein Thermogenerator?

Thermogeneratoren, auch thermoelektrische Generatoren oder abgekürzt TEGs genannt, wurden erstmals 1821 von Thomas Johann Seebeck beschrieben. Er erkannte, dass zwischen zwei Metallen unterschiedlicher Temperatur der Elektronenfluss eine elektrische Spannung erzeugt. Die freien Elektronen bewegen sich auf der heißen Seite schneller und streben einen Ausgleich mit der kalten Seite an.

Eingesetzt werden TEGs zum Beispiel in Raumsonden bei Missionen ins tiefe Sonnensystem, wo die Sonne nur noch unzureichende Energie für Solarzellen liefert. Die Wärmeenergie wird bei solchen Radioisotopenbatterien aus dem radioaktiven Zerfall von Plutioniumoxid, Polonium oder anderer künstlicher Radionuklide gewonnen und ermöglicht durch die lange Halbwertszeit eine zuverlässige und von der Sonne unabhängige Energieversorgung über Jahrzehnte hinweg.

Auch wenn der Wirkungsgrad von Thermogeneratoren mit 3 bis 8 Prozent in High-Tech-Anwendungen gering ist, versuchen Automobilhersteller den Gesamtenergieverbrauch ihrer Fahrzeuge zukünftig durch Gewinnung von elektrischer Energie aus der ungenutzten Abwärme des Motors zu steigern.

Video Thermalforce M3009

Das man kein Raumfahrtunternehmen sein muss, um einen Thermogenerator zu nutzen, zeigen wir in folgendem Video, in dem wir den Thermalforce M300 vorstellen:

//www.youtube.com/embed/hO5e2UjT4CE

Technische Daten

Leistung

Die Ausgangsleistung des M3009 ist von vielen Faktoren abhängig, in diesem Test gehen wir auf folgende ein:

Wärmequelle

Die verwendete Wärmequelle hat den größten Einfluss auf die erreichbare Leistung. In erster Linie kommen Teelichter zum Einsatz, welche sich jedoch von Hersteller zu Hersteller erheblich in ihrer Wärmeausbeute unterscheiden. Die Wärmeabgabe unterscheidet sich ebenfalls von Brennphase zu Brennphase deutlich. Für eine gute und gleichmäßige Wärmeabgabe ist ein dicker und guter Doch notwendig. Besonders warme Teelichter gibt es bei Lidl, die Ikea Teelichter hingegen brennen zwar sehr lange, aber nur mit kleinster Flamme.

Außentemperatur

Der Kühlkörper des M3009 wird nur passiv gekühlt. Eine geringe Außentemperatur wirkt sich daher positiv auf die Leistung aus. Der Unterschied ist allerdings nicht sehr groß und kann deswegen weitgehend vernachlässigt werden. Im Outdoor-Einsatz werden die Vorteile durch möglichen Wind, der zu einer unruhigen Flamme führt, ausgeglichen.

Leistungsaufnahme der angeschlossenen Geräte

Neben der Wärmequelle ist dieser Einflussfaktor wesentlich. Der M3009 liefert eine ungeregelte Spannung und geringe Ströme, daher ist das direkte Laden mobiler Geräte auf 5-Volt-Basis nur sehr eingeschränkt möglich. Kleine Geräte wie GPS-Uhren, Fitnessarmbänder etc. können mit starken Wärmequellen teilweise direkt geladen werden, da die Stromaufnahme entsprechend gering ist und die Spannung nicht unter die Ladespannung einbricht.

Weit besser ist es daher, die Energie in einem Akku zwischenzuspeichern. Besonders gut geeignet sind Akkus, die über einen eingebauten Laderegler verfügen, welcher die Werte für Spannung und Strom in einem für den Thermogenerator optimalen Bereich regelt. Der Solarladeregler Sunload m5 ist für diesen Zweck gut geeignet, hat jedoch einen etwas zu geringen Eingangsspannungsbereich. Abhilfe schafft hier ein sog. Step-Up Spannungswandler, der die Ausgangsspannung des M3009 erhöht und somit in den Arbeitsbereich des Solarladereglers bringt.

Um eine passende Kombination aus M3009, Step-Up-Reglern und externen Akkus zu finden, hilft nur Ausprobieren und das Messen der Leistung mit einem Leistungsmesser.

Wir haben folgende Leistungen im Test gemessen, wobei die Werte für Teelichter Mittelwerte über den gesamten Brennzeitraum eines Teelichtes sind:

Das Ergebnis zeigt, wie komplex das Zusammenspiel zwischen Wärmequelle und angeschlossenem Gerät ist. Mit einem Teelicht erreicht man mit einem Sunload M5 – Step-Up-Wandler die mit Abstand besten Ergebnisse.

Mit Teelicht und ohne Step-Up-Wandler erreicht der GoalZero Switch 8 erstaunlich gute Leistungen. Direkt geladen werden kann nur das kleine Garmin Vivosmart. Mit Step-Up-Wandler ist auch das direkte Laden einer Garmin Fenix möglich.

Mit einem Spiritusbrenner haben wir mit allen Akkus die maximale Leistung von bis zu einem Watt erreicht. Durch die hohe Spannung bringt ein Step-Up-Regler keinen Vorteil. Würde man die Flamme noch weiter vergrößern, wären unter Umständen noch höhere Leistungen möglich, es drohen beim Dauerbetrieb dann aber Schäden an den Thermoelementen.

Achtung: Beim direkten Laden mit Spiritusbrenner können hohe Leerlaufspannungen von bis zu 8 Volt auftreten, wenn am Ende des Ladevorganges die Stromaufnahme des angeschlossenen Gerätes gegen null sinkt, Geräte am besten nicht vollständig laden.

Kapazität und Wirkungsgrad

Mit guten Teelichtern und einer optimalen Kombination aus Akku und Spannungswandler lassen sich innerhalb der üblichen Teelichtbrenndauer von ca. 4 Stunden 1 bis 1,5 Wattstunden Energie erzeugen!
Diese Energie reicht aus, um z.B. ein iPhone 5 zu ca. 15 Prozent und eine Garmin Fenix GPS-Uhr zu immerhin 50 Prozent zu laden! Kleine Fitnessarmbänder können mit einem Teelicht vollständig geladen werden.

Ein Teelicht hat eine Heizleistung von 30 bis 40 Watt, bei einer Brenndauer von 4 Stunden entspricht das immerhin 120 bis 160 Wattstunden. Der elektrische Wirkungsgrad liegt also bei plus/minus einem Prozent – ein beachtlich hoher Wert.

Wirkungsgrade im Vergleich

Thermalforce M3009 1 %	Thermalforce M3004 0,5 – 0,75 %	PowerPot V 0,22 %	BioLite CampStove 0,1 %

Fazit

Der Thermalforce M3009 Thermogenerator ist auf die optimale Ausnutzung der Wärmeenergie eines Teelichtes optimiert. Der kompakte und passiv gekühlte Generator wiegt nur 300 Gramm und ist damit noch gut zu transportieren. Leider ist die Verarbeitungsqualität nicht optimal und das Gerät damit nicht so robust wie man es sich gerne wünschen würde. Von einem Einsatz unter harten Outdoorbedingungen muss daher leider abgesehen werden.
Das M3009 eignet sich optimal als batterielose Leselampe für Haus und Garten. Die elektrische Leistung und der Wirkungsgrad sind, eine passende Kombination aus Akku und Laderegler vorausgesetzt, beeindruckend hoch. Optimaler kann man die Wärmeenergie eines Teelichtes unter Praxisbedingungen kaum noch ausnutzen. Zum direkten Laden von größeren Geräten wie Smartphones oder Navigationssystemen ist der M3009 mit einem Teelicht hingegen zu schwach.

Preis und Bezugsquelle

Der M3009 Thermogenerator kann über die Herstellerwebseite Thermalforce bestellt werden und kostet ca. 100 EUR inkl. LED-Lampe. Ein hoher Preis für den kleinen Generator, allerdings ist die Lebenserwartung eines TEGs hoch und die Faszination aus Wärme Strom zu gewinnen riesig!

Links

• Hersteller Thermalforce
• Testbericht Thermogenerator M3004
• Testbericht Thermogenerator Power Pot V
• Testbericht Thermogenerator BioLite Campstove

.