Forschende entwickeln elektrokalorische Wärmepumpen als effiziente und kältemittelfreie Alternative zur Kompressor-Technologie.
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Im Fraunhofer-Leitprojekt "ElKaWe" arbeiten Forschende an der Entwicklung von elektrokalorischen Wärmepumpen, die eine vielversprechende Alternative zur bisher dominierenden Kompressor-Technologie darstellen. Diese neuen Wärmepumpen sollen nicht nur effizienter sein, sondern auch komplett auf den Einsatz von Kältemitteln verzichten. Dieser Fortschritt kann einen bedeutenden Beitrag zur Energiewende leisten.
Ein Durchbruch in der Effizienz
Bisher erreichen herkömmliche Wärmepumpen lediglich etwa 50 Prozent des physikalischen Carnot-Limits, das die theoretische Grenze für die Effizienz darstellt. Im Gegensatz dazu kann die neuartige elektrokalorische Wärmepumpe theoretisch bis zu 85 Prozent des Carnot-Limits erreichen. Dieser Fortschritt stellt einen wichtigen Meilenstein in Richtung effizienterer Festkörper-Wärmepumpen dar.
Ultra-effiziente Leistungselektronik als Schlüssel
Die Forscher haben eine ultra-effiziente Schaltungstopologie für Spannungswandler mit einem beeindruckenden elektrischen Wirkungsgrad von 99,74 Prozent entwickelt. Dies ermöglicht es erstmals, mit elektrokalorischen Wärmepumpen deutlich über 50 Prozent der maximalen theoretischen Leistungszahl auf Systemebene zu erreichen. Die gesteigerte Effizienz der Ansteuerungselektronik wirkt sich positiv auf die gesamte Leistungszahl des Systems aus und erhöht die Effizienz erheblich.
Potenzial für eine emissionsfreie Lösung
Stefan Mönch, Forscher am Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF), betont, dass die neuen elektrokalorischen Wärmepumpen dank der ultra-effizienten Leistungselektronik eine vielversprechende Option für eine effizientere und komplett emissionsfreie Heiz- und Kühltechnologie darstellen könnten. Obwohl noch weitere Forschung erforderlich ist, könnte diese Technologie in Zukunft eine wichtige Rolle in der Energiewende spielen.
Elektrokalorischer Effekt als Grundlage
Die elektrokalorische Wärmepumpe basiert auf dem elektrokalorischen Effekt. Dabei wird ein spezielles Material aus Keramik oder Polymeren durch Anlegen einer elektrischen Spannung erwärmt und kühlt sich wieder ab, sobald die Spannung entfernt wird. Dieser Effekt bildet die Grundlage für die hohe Effizienz und das Potenzial der elektrokalorischen Wärmepumpen. |
