Im Rahmen des Fraunhofer-Projekts ElKaWe zielen die Forscher darauf ab, herkömmliche kompressorbasierte Wärmepumpen durch elektrokalorische Technologie zu ersetzen, um eine höhere Effizienz zu erreichen. Der Meilenstein ist eine hocheffiziente Schaltungstopologie für Spannungswandler, die einen elektrischen Wirkungsgrad von über 99,74 % erreicht. Dieser Durchbruch, bei dem Galliumnitrid-Transistoren (GaN) zum Einsatz kommen, setzt weltweit Maßstäbe und übertrifft frühere Forschungsergebnisse, wodurch das Potenzial elektrokalorischer Wärmepumpen erweitert wird.

Elektrokalorische Wärmepumpen, die Teil der ElKaWe-Initiative sind, zielen darauf ab, die Effizienzgrenze von 50 % der derzeitigen Technologie zu überschreiten und theoretisch 85 % zu erreichen. Der Schwerpunkt liegt auf der Leistungselektronik, und der GaN-basierte Multilevel-DC/DC-Wandler erreicht einen bemerkenswerten Wirkungsgrad von 99,74 %, was sich erheblich auf die Leistungszahl des Gesamtsystems auswirkt.
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Der erhöhte Wirkungsgrad in der Leistungselektronik verbessert direkt die Leistungszahl des Systems und ist ein wichtiger Schritt zu effizienteren Wärmepumpen. Dr. Stefan Mönch vom Fraunhofer IAF unterstreicht das Potenzial der elektrokalorischen Wärmepumpe, eine effizientere und emissionsfreie Lösung zum Heizen und Kühlen zu werden.

Der elektrokalorische Effekt, bei dem das Anlegen einer elektrischen Spannung an ein bestimmtes Material dieses erwärmt, liegt dieser Technologie zugrunde. Die effiziente Leistungselektronik verbessert das Auf- und Entladen der elektrokalorischen Kapazitäten und trägt so zur Gesamteffizienz des Systems bei. Die Ergebnisse wurden im IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics veröffentlicht.
 
ELKaWe Efficieny
Schematischer Entwurf einer elektrokalorischen Wärmepumpe, die mit effizienter GaN-Leistungselektronik eingesetzt werden soll. Quelle: Fraunhofer IAF

Übersetzung: Ulrich Drees