24.10.2023Wärmepumpen: Durchbruch in der Leistungseffizienz

Einen elektrischen Wirkungsgrad von 99,74 Prozent haben Forschende jetzt durch eine Wärmepumpen-Technologie erzielt. Möglich wurde dies durch Fortschritte in der Leistungselektronik, die speziell für die Elektrokalorik entwickelt worden ist. Der Effekt ist laut des Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF dabei folgender: Wird an einem elektrokalorischen Material aus speziellen Keramiken oder Polymeren eine elektrische Spannung angelegt, erwärmt sich das Material. Sobald die Spannung entfernt wird, kühlt das Material wieder ab. Die elektrokalorischen Materialien bilden eine elektrische Kapazität.

Der Leistungselektronik in dem System komme die Aufgabe zu, die elektrokalorischen Kapazitäten mehrmals pro Sekunde möglichst effizient und damit so verlustfrei wie möglich elektrisch zu laden und wieder zu entladen – in jedem Zyklus wird dabei Wärme gepumpt. Elektrokalorische Wärmepumpen gelten laut Frauenhofer IAF als besonders effizient – sie kommen ohne Kompressoren aus und benötigen keine Kältemittel.

Dr. Stefan Mönch vom Fraunhofer IAF unterstreicht die Bedeutung dieser Entwicklung: „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.“ Die Ergebnisse des Projekts „Elektrokalorische Wärmepumpen“ wurden teilweise im „IEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics“ veröffentlicht.

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