{"id":92799,"date":"2023-07-22T02:29:00","date_gmt":"2023-07-22T00:29:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=92799"},"modified":"2023-07-21T17:44:42","modified_gmt":"2023-07-21T15:44:42","slug":"leistungselektronik-fuer-neuartige-waermepumpen-erzielt-wirkungsgrad-von-ueber-997-prozent","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/leistungselektronik-fuer-neuartige-waermepumpen-erzielt-wirkungsgrad-von-ueber-997-prozent\/","title":{"rendered":"Leistungselektronik f\u00fcr neuartige W\u00e4rmepumpen erzielt Wirkungsgrad von \u00fcber 99,7 Prozent"},"content":{"rendered":"\n

Meilenstein im Fraunhofer-Leitprojekt „Elektrokalorische W\u00e4rmepumpen“.<\/p>\n\n\n\n

Im Fraunhofer-Leitprojekt \u00bbElKaWe\u00ab arbeiten Forschende an der Entwicklung elektrokalorischer W\u00e4rmepumpen als Alternative zur derzeit vorherrschenden Kompressor-Technologie. Diese neuartigen W\u00e4rmepumpen versprechen eine h\u00f6here Effizienz und kommen ohne K\u00e4ltemittel aus. <\/p>\n\n\n\n

Forschenden des Fraunhofer IAF ist nun ein Meilenstein in der Leistungselektronik gelungen: Sie haben eine ultra-effiziente Schaltungstopologie f\u00fcr Spannungswandler mit 99,74 Prozent elektrischem Wirkungsgrad realisiert. Dieses Ergebnis setzt weltweit Ma\u00dfst\u00e4be und ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu effizienteren Festk\u00f6rper-W\u00e4rmepumpen. <\/p>\n\n\n\n

W\u00e4rmepumpen sind \u00e4u\u00dferst effiziente Systeme zur W\u00e4rmeerzeugung und ein zentraler Bestandteil der W\u00e4rmewende. Um die Effizienz von W\u00e4rmepumpen zu steigern, arbeiten Forschende im Fraunhofer-Leitprojekt \u00bbElektrokalorische W\u00e4rmepumpen\u00ab, kurz \u00bbElKaWe\u00ab, an neuartigen W\u00e4rmepumpen, die ohne Kompressoren auskommen und zuk\u00fcnftig h\u00f6here Effizienzen erzielen sollen.<\/p>\n\n\n\n

Heutige W\u00e4rmepumpen erreichen technologiebedingt nur etwa 50 Prozent des physikalischen Carnot-Limits, w\u00e4hrend die elektrokalorische W\u00e4rmepumpe theoretisch 85 Prozent schaffen kann. Doch wie effizient elektrokalorische W\u00e4rmepumpen letztendlich sind, h\u00e4ngt auch zum gro\u00dfen Teil vom Wirkungsgrad der integrierten Leistungselektronik ab.<\/p>\n\n\n\n

Ultra-effiziente Leistungselektronik dank Galliumnitrid<\/h4>\n\n\n\n

Das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Angewandte Festk\u00f6rperphysik IAF ist im Projekt \u00bbElKaWe\u00ab f\u00fcr die Entwicklung der Ansteuerungselektronik f\u00fcr elektrokalorische W\u00e4rmepumpen zust\u00e4ndig. Daf\u00fcr erforscht es Bauelemente auf Basis des Halbleiters Galliumnitrid (GaN), um die Leistungsdichte und den Wirkungsgrad zu erh\u00f6hen.<\/p>\n\n\n\n

Nun haben die Forschenden erstmals eine Leistungselektronik speziell f\u00fcr die Elektrokalorik entwickelt und optimiert. So ist es ihnen gelungen, eine ultra-effiziente Schaltungstopologie f\u00fcr Spannungswandler basierend auf GaN-Transistoren zu realisieren und damit einen elektrischen Wirkungsgrad von 99,74 Prozent im elektrischen Leistungspfad zu erzielen. Der GaN-basierte Multilevel-DC\/DC-Wandler setzt weltweit Ma\u00dfst\u00e4be und \u00fcbertrifft den bisherigen Forschungsstand von unter 90 Prozent Umladeeffizienz zur elektrischen Ansteuerung dieser neuartigen W\u00e4rmepumpen bei Weitem.<\/p>\n\n\n\n

Effizientere Elektronik sorgt f\u00fcr effizientere W\u00e4rmepumpen<\/h4>\n\n\n\n

Die deutliche Effizienzsteigerung der Ansteuerungselektronik wirkt sich unmittelbar auf die Leistungszahl des gesamten Systems aus. Bislang waren elektrokalorische W\u00e4rmepumpen-Systeme unter anderem durch die Verluste der Elektronik limitiert. Die gesteigerte elektrische Effizienz f\u00fchrt direkt zu einer h\u00f6heren Leistungszahl des gesamten W\u00e4rmepumpen-Systems und ist damit ein Meilenstein auf dem Weg zu effizienteren W\u00e4rmepumpen. <\/p>\n\n\n

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\u00a9 Fraunhofer IAF | Schematischer Aufbau einer elektrokalorischen W\u00e4rmepumpe, die mit effizienter GaN-Leistungselektronik zuk\u00fcnftig zur emissionsfreien Geb\u00e4udeklimatisierung eingesetzt werden soll.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

\u00bbDurch unsere ultra-effiziente Leistungselektronik ist es erstmals realistisch, mit elektrokalorischen W\u00e4rmepumpen auch auf Systemebene deutlich \u00fcber 50 Prozent der maximalen theoretischen Leistungszahl zu erreichen. Es besteht noch viel Forschungsbedarf, aber zuk\u00fcnftig k\u00f6nnte diese Technologie eine effizientere und vollst\u00e4ndig emissionsfreie L\u00f6sung zum Heizen und K\u00fchlen werden\u00ab, sagt Dr. Stefan M\u00f6nch, Forscher im Bereich Leistungselektronik am Fraunhofer IAF.<\/p>\n\n\n\n

\u00bbEssenziell f\u00fcr die Realisierung einer hohen Leistungszahl elektrokalorischer W\u00e4rmepumpen ist eine sehr hohe Effizienz bei den Materialien, der Elektronik und dem W\u00e4rme\u00fcbertrag. Bekommt man das alles in den Griff, hat die Elektrokalorik ein enormes Potenzial\u00ab, erg\u00e4nzt Dr. Kilian Bartholom\u00e9, Projektleiter von \u00bbElKaWe\u00ab und Forscher am Fraunhofer-Institut f\u00fcr Physikalische Messtechnik IPM. <\/p>\n\n\n\n

Die Ergebnisse wurden bereits teilweise im IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ver\u00f6ffentlicht<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

Der elektrokalorische Effekt<\/h4>\n\n\n\n

Das Prinzip hinter der elektrokalorischen W\u00e4rmepumpe bildet der elektrokalorische Effekt: Wird an einem elektrokalorischen Material aus speziellen Keramiken oder Polymeren eine elektrische Spannung angelegt, erw\u00e4rmt sich das Material. Sobald die Spannung entfernt wird, k\u00fchlt das Material wieder ab, wobei der gesamte Vorgang nahezu vollst\u00e4ndig reversibel ist. Da die elektrokalorischen Materialien eine elektrische Kapazit\u00e4t bilden, kommt der Leistungselektronik in dem System die Aufgabe zu, die elektrokalorischen Kapazit\u00e4ten mehrmals pro Sekunde m\u00f6glichst hocheffizient und damit so verlustfrei wie m\u00f6glich elektrisch zu laden und wieder zu entladen, wobei in jedem Zyklus W\u00e4rme gepumpt wird.<\/p>\n\n\n

Quelle<\/h5>\r\n\n\n\n

Fraunhofer IAF 2023<\/a><\/p>\n

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