{"id":{"repo_id":"freiburg-diss","oai_identifier":"oai:freidok.uni-freiburg.de:277"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/freiburg-diss/oai:freidok.uni-freiburg.de:277","repository":{"repo_id":"freiburg-diss","name":"University of Freiburg","base_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/oai/oai2.php"},"display":{"title":"Thermophotovoltaische Konversion von Verbrennungswärme","abstract":"In der vorliegenden Untersuchung werden Methoden für die Auslegung eines
Systems zur thermophotovoltaischen (TPV) Konversion von Verbrennungswärme
entwickelt und auf eine Anordnung mit vorgegebener Strahlertemperatur und
vorgegebenem Photovoltaik(PV)-Zellmaterial angewandt.
Für ein aus den Komponenten PV-Zelle, Breitband- oder selektiver Strahler,
optisches Filter und Brenner bestehendes System wurde ein dreidimensionales
Modellierungsverfahren entwickelt.
Für eine Reihe von Systemanordnungen werden Simulationsrechnungen ausgeführt.
Untersucht werden der Wirkungsgrad der Strahlungsführung zum PV-Modul,
die dort absorbierte Leistungsdichte und ihre räumliche Verteilung, sowie
Auswirkungen einer inhomogenen Temperaturverteilung auf dem Strahler.
Für eine der thermodynamischen Obergrenze entsprechende,
eine idealisierte und zwei realistische Anordnungen werden die zu
erwartenden Leistungsdichten und Wirkungsgrade bestimmt.
Es ergibt sich die Einschätzung, daß für ein TPV-System mit einer
Strahlertemperatur von 1500 K und PV-Zellen aus GaSb ein Wirkungsgrad von ca.
10 % und eine auf die PV-Zellfläche bezogenen Leistungsdichte von ca.
1 W/cm^2 als mittelfristig realisierbar bezeichnet werden können.
Im Rahmen der Untersuchung wurde ein experimentelles TPV-System aufgebaut.
Im Verlauf der Versuche wurde eine elektrische Leistung von 4,8 W und ein
Systemwirkungsgrad von 0,2 % erzielt.
Durch Simulationsrechnungen konnte bei Verwendung der gemessenen
Strahlertemperatur das Ergebnis für die elektrische Leistung nachvollzogen
und die Modellrechnung damit validiert werden.
Eine Abschätzung des Verbesserungspotentials durch Simulationsrechnungen
ergibt, daß bei weitgehend unveränderter Geometrie durch Verbesserungen
an allen Komponenten der Wirkungsgrad auf 2-3%, unter optimistischen
Annahmen sogar bis auf 9% bei einer Leistungsdichte von 0,2-0,4 W/cm^2
gesteigert werden kann.","abstract_html":"In der vorliegenden Untersuchung werden Methoden für die Auslegung eines <br>Systems zur thermophotovoltaischen (TPV) Konversion von Verbrennungswärme <br>entwickelt und auf eine Anordnung mit vorgegebener Strahlertemperatur und <br>vorgegebenem Photovoltaik(PV)-Zellmaterial angewandt. <br> <br>Für ein aus den Komponenten PV-Zelle, Breitband- oder selektiver Strahler, <br>optisches Filter und Brenner bestehendes System wurde ein dreidimensionales <br>Modellierungsverfahren entwickelt. <br>Für eine Reihe von Systemanordnungen werden Simulationsrechnungen ausgeführt. <br>Untersucht werden der Wirkungsgrad der Strahlungsführung zum PV-Modul, <br>die dort absorbierte Leistungsdichte und ihre räumliche Verteilung, sowie <br>Auswirkungen einer inhomogenen Temperaturverteilung auf dem Strahler. <br>Für eine der thermodynamischen Obergrenze entsprechende, <br>eine idealisierte und zwei realistische Anordnungen werden die zu <br>erwartenden Leistungsdichten und Wirkungsgrade bestimmt. <br>Es ergibt sich die Einschätzung, daß für ein TPV-System mit einer <br>Strahlertemperatur von 1500 K und PV-Zellen aus GaSb ein Wirkungsgrad von ca. <br>10 % und eine auf die PV-Zellfläche bezogenen Leistungsdichte von ca. <br>1 W/cm^2 als mittelfristig realisierbar bezeichnet werden können. <br> <br>Im Rahmen der Untersuchung wurde ein experimentelles TPV-System aufgebaut. <br>Im Verlauf der Versuche wurde eine elektrische Leistung von 4,8 W und ein <br>Systemwirkungsgrad von 0,2 % erzielt. <br>Durch Simulationsrechnungen konnte bei Verwendung der gemessenen <br>Strahlertemperatur das Ergebnis für die elektrische Leistung nachvollzogen <br>und die Modellrechnung damit validiert werden. <br>Eine Abschätzung des Verbesserungspotentials durch Simulationsrechnungen <br>ergibt, daß bei weitgehend unveränderter Geometrie durch Verbesserungen <br>an allen Komponenten der Wirkungsgrad auf 2-3%, unter optimistischen <br>Annahmen sogar bis auf 9% bei einer Leistungsdichte von 0,2-0,4 W/cm^2 <br>gesteigert werden kann.","abstract_has_math":false,"creators":["Zenker, Matthias"],"institution":null,"degree_name":null,"degree_level":null,"degree_discipline":null,"degree_department":null,"school":null,"contributors":["Luther, Joachim"],"advisors":[],"committee_chairs":[],"committee_members":[],"year":null,"date_issued":"","date_published":null,"updated_at":"2026-07-24T02:21:35Z","subjects":["Thermophotovoltaik","thermophotovoltaics","photovoltaics","GaSb","modelling","raytracing"],"languages":[],"rights":[],"rights_urls":[],"identifier_entries":[]},"links":{"outbound_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/data/277","outbound_label":"Repository record","outbound_source":"source_url"},"metadata_groups":[{"id":"people","label":"People","entries":[{"key":"dc:contributor","label":"Contributor","values":["Luther, Joachim"]},{"key":"dc:creator","label":"Author","values":["Zenker, Matthias"]}]},{"id":"academic_context","label":"Academic Context","entries":[{"key":"dc:type","label":"Dc Type","values":["DoctoralThesis"]}]},{"id":"subjects_keywords","label":"Subjects and Keywords","entries":[{"key":"dc:subject","label":"Dc Subject","values":["Thermophotovoltaik","thermophotovoltaics","photovoltaics","GaSb","modelling","raytracing"]}]},{"id":"additional","label":"Additional Metadata","entries":[{"key":"dc:description.abstract","label":"Abstract","values":["In der vorliegenden Untersuchung werden Methoden für die Auslegung eines
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Für ein aus den Komponenten PV-Zelle, Breitband- oder selektiver Strahler,
optisches Filter und Brenner bestehendes System wurde ein dreidimensionales
Modellierungsverfahren entwickelt.
Für eine Reihe von Systemanordnungen werden Simulationsrechnungen ausgeführt.
Untersucht werden der Wirkungsgrad der Strahlungsführung zum PV-Modul,
die dort absorbierte Leistungsdichte und ihre räumliche Verteilung, sowie
Auswirkungen einer inhomogenen Temperaturverteilung auf dem Strahler.
Für eine der thermodynamischen Obergrenze entsprechende,
eine idealisierte und zwei realistische Anordnungen werden die zu
erwartenden Leistungsdichten und Wirkungsgrade bestimmt.
Es ergibt sich die Einschätzung, daß für ein TPV-System mit einer
Strahlertemperatur von 1500 K und PV-Zellen aus GaSb ein Wirkungsgrad von ca.
10 % und eine auf die PV-Zellfläche bezogenen Leistungsdichte von ca.
1 W/cm^2 als mittelfristig realisierbar bezeichnet werden können.
Im Rahmen der Untersuchung wurde ein experimentelles TPV-System aufgebaut.
Im Verlauf der Versuche wurde eine elektrische Leistung von 4,8 W und ein
Systemwirkungsgrad von 0,2 % erzielt.
Durch Simulationsrechnungen konnte bei Verwendung der gemessenen
Strahlertemperatur das Ergebnis für die elektrische Leistung nachvollzogen
und die Modellrechnung damit validiert werden.
Eine Abschätzung des Verbesserungspotentials durch Simulationsrechnungen
ergibt, daß bei weitgehend unveränderter Geometrie durch Verbesserungen
an allen Komponenten der Wirkungsgrad auf 2-3%, unter optimistischen
Annahmen sogar bis auf 9% bei einer Leistungsdichte von 0,2-0,4 W/cm^2
gesteigert werden kann.","This research effort develops methods for the layout of a system for
thermophotovoltaic (TPV) conversion of combustion heat, and applies it to
a system with given radiator temperature and photovoltaic (PV) cell material.
For a system consisting of the components PV cell, broad band or selective
radiator, optical filter and burner, a three-dimensional modelling
procedure was developed.
Several system configurations are simulated. The efficiency of the radiation
transmission to the PV module, the absorbed power density distribution and
inhomogeneous temperature distributions on the radiator are examined.
For system configurations corresponding respectively to the thermodynamical
limit, idealized and realistic assumptions, expected power densities and
system efficiencies are determined. It is estimated that, for a TPV system
with a radiator temperature of 1500 K and GaSb PV cells, a system efficiency
of 10 % and a power density of 1 W/cm^2 are realizable in the middle term.
During the research, an experimental TPV system was developed. An electrical
power of 4.8 W and a system efficiency of 0.2 % were reached.
Using the measured radiator temperature, the electrical power output can
be predicted by the simulation, which validates the modelling method.
Estimations of the improvement potential using the simulation yield a system
efficiency of 2-3 % which can be reached by improvements on all components,
using the same system geometry. Optimistic assumptions give a potential system
efficiency of 9 % at a power density of 0.4 W/cm^2."]},{"key":"dc:format.medium","label":"Dc Format Medium","values":["application/pdf"]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Thermophotovoltaische Konversion von Verbrennungswärme","Thermophotovoltaic conversion of combustion heat"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor":["Luther, Joachim"],"dc:creator":["Zenker, Matthias"],"dc:description.abstract":["In der vorliegenden Untersuchung werden Methoden für die Auslegung eines
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Für ein aus den Komponenten PV-Zelle, Breitband- oder selektiver Strahler,
optisches Filter und Brenner bestehendes System wurde ein dreidimensionales
Modellierungsverfahren entwickelt.
Für eine Reihe von Systemanordnungen werden Simulationsrechnungen ausgeführt.
Untersucht werden der Wirkungsgrad der Strahlungsführung zum PV-Modul,
die dort absorbierte Leistungsdichte und ihre räumliche Verteilung, sowie
Auswirkungen einer inhomogenen Temperaturverteilung auf dem Strahler.
Für eine der thermodynamischen Obergrenze entsprechende,
eine idealisierte und zwei realistische Anordnungen werden die zu
erwartenden Leistungsdichten und Wirkungsgrade bestimmt.
Es ergibt sich die Einschätzung, daß für ein TPV-System mit einer
Strahlertemperatur von 1500 K und PV-Zellen aus GaSb ein Wirkungsgrad von ca.
10 % und eine auf die PV-Zellfläche bezogenen Leistungsdichte von ca.
1 W/cm^2 als mittelfristig realisierbar bezeichnet werden können.
Im Rahmen der Untersuchung wurde ein experimentelles TPV-System aufgebaut.
Im Verlauf der Versuche wurde eine elektrische Leistung von 4,8 W und ein
Systemwirkungsgrad von 0,2 % erzielt.
Durch Simulationsrechnungen konnte bei Verwendung der gemessenen
Strahlertemperatur das Ergebnis für die elektrische Leistung nachvollzogen
und die Modellrechnung damit validiert werden.
Eine Abschätzung des Verbesserungspotentials durch Simulationsrechnungen
ergibt, daß bei weitgehend unveränderter Geometrie durch Verbesserungen
an allen Komponenten der Wirkungsgrad auf 2-3%, unter optimistischen
Annahmen sogar bis auf 9% bei einer Leistungsdichte von 0,2-0,4 W/cm^2
gesteigert werden kann.","This research effort develops methods for the layout of a system for
thermophotovoltaic (TPV) conversion of combustion heat, and applies it to
a system with given radiator temperature and photovoltaic (PV) cell material.
For a system consisting of the components PV cell, broad band or selective
radiator, optical filter and burner, a three-dimensional modelling
procedure was developed.
Several system configurations are simulated. The efficiency of the radiation
transmission to the PV module, the absorbed power density distribution and
inhomogeneous temperature distributions on the radiator are examined.
For system configurations corresponding respectively to the thermodynamical
limit, idealized and realistic assumptions, expected power densities and
system efficiencies are determined. It is estimated that, for a TPV system
with a radiator temperature of 1500 K and GaSb PV cells, a system efficiency
of 10 % and a power density of 1 W/cm^2 are realizable in the middle term.
During the research, an experimental TPV system was developed. An electrical
power of 4.8 W and a system efficiency of 0.2 % were reached.
Using the measured radiator temperature, the electrical power output can
be predicted by the simulation, which validates the modelling method.
Estimations of the improvement potential using the simulation yield a system
efficiency of 2-3 % which can be reached by improvements on all components,
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