Forschende im Fraunhofer-Leitprojekt “ElKaWe” arbeiten an einer neuen Wärmepumpen-Generation, die noch effizienter sind und ohne Kältemittel auskommen. Jetzt haben die Forschenden einen Durchbruch bei der Weiterentwicklung der Wärmepumpe erzielt.
Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF ist im Projekt “ElKaWe” für die Entwicklung der Steuerelektronik für elektrokalorische Wärmepumpen verantwortlich. Dabei werden Bauelemente auf Basis des Halbleiters Galliumnitrid (GaN) erforscht, um die Leistungsdichte und den Wirkungsgrad zu verbessern.
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Nun haben die Forscher erstmals eine spezielle und optimierte Leistungselektronik entwickelt. Die Expertinnen und Experten haben eine hocheffiziente Spannungswandlerschaltung mit GaN-Transistoren realisiert, die einen elektrischen Wirkungsgrad von 99,74 Prozent erreicht. Dieser GaN-basierte Multilevel-DC/DC-Wandler setzt laut dem Institut weltweit neue Maßstäbe und übertrifft den bisherigen Forschungsstand von unter 90 Prozent deutlich, wenn es um die elektrische Steuerung der Wärmepumpen geht.
Durch die effizientere Elektronik werden die Wärmepumpen auch effizienter. Bisher waren elektrokalorische Wärmepumpensysteme durch Verluste in der Elektronik limitiert. Die Steigerung des elektrischen Wirkungsgrades führt direkt zu einer höheren Leistungszahl des Gesamtsystems und ist damit ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu effizienteren Wärmepumpen.
»Durch unsere ultra-effiziente Leistungselektronik ist es erstmals realistisch, mit elektrokalorischen Wärmepumpen auch auf Systemebene deutlich über 50 Prozent der maximalen theoretischen Leistungszahl zu erreichen. Es besteht noch viel Forschungsbedarf, aber zukünftig könnte diese Technologie eine effizientere und vollständig emissionsfreie Lösung zum Heizen und Kühlen werden«, sagt Dr. Stefan Mönch, Forscher im Bereich Leistungselektronik am Fraunhofer IAF.
Die Ergebnisse wurden bereits teilweise im IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics veröffentlicht.
Bildnachweis Titelgrafik: Bundesverband Wärmepumpe e.V.
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