Penczew pierwsze siatkarskie kroki w zawodowej karierze stawiał w Pirin Balkanstroj Razłog (2010-2011). Po zdobyciu wicemistrzostwa Bułgarii przeniósł się do włoskiej Copry Elior Piacenzy. Jako niespełna 20-latek grał u boku takich siatkarskich sław jak Hristo Zlatanov, Samuele Papi czy Władimira Nikołowa. Po roku występów na boiskach Serie A przeniósł się do Polski, gdzie najpierw reprezentował barwy Effectora Kielce (2012-2013), a następnie Asseco Resovii Rzeszów, z którą odnosił największe sukcesy: Mistrzostwo Polski i dwukrotne wicemistrzostwo kraju, Superpuchar oraz srebro Ligi Mistrzów.

W reprezentacji Bułgarii zadebiutował jako 18-latek. Mimo młodego wieku w swoim siatkarskim CV może pochwalić się występami w Lidze Światowej, Mistrzostwach Świata w (2010), Igrzyskach Olimpijskich (2012) i ostatnich Mistrzostwach Europy w Bułgarii i Włoszech, na których jego reprezentacja zajęła 4. miejsce. Podczas niedawno zakończonego Memoriału Huberta Jerzego Wagnera Penczew był jedną z kluczowych postaci swojej reprezentacji.

W zakończonym miesiąc temu sezonie PlusLigi w 67 rozegranych setach zdobył 156 punktów (121 atakiem, 23 blokiem i 12 zagrywką).