Wärme 20. Juli 2023 Von Stephan W. Eder Lesezeit: ca. 2 Minuten

Wärmepumpen: Mit neuer Technik zu mehr Leistung

Festkörper-Wärmepumpen versprechen eine höhere Effizienz und kommen ohne Kältemittel aus. Forschende des Fraunhofer IAF haben jetzt einen neuen Wirkungsgradrekord aufgestellt.

Die Forschenden des Fraunhofer IAF arbeiten bereits an einer Weiterentwicklung der Leistungselektronik für elektrokalorische Wärmepumpen: Der abgebildete Demonstrator erzielt sogar einen elektrischen Wirkungsgrad von 99,75 %.
Foto: Fraunhofer IAF

Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik (IAF) in Freiburg arbeiten an der Entwicklung elektrokalorischer Wärmepumpen als Alternative zur derzeit vorherrschenden Kompressortechnologie. Heutige Wärmepumpen erreichen technologiebedingt nur etwa die Hälfte des physikalischen Carnot-Limits, während die elektrokalorische Wärmepumpe theoretisch 85 % schaffen kann. Wie effizient elektrokalorische Wärmepumpen letztendlich sind, hängt zum großen Teil auch vom Wirkungsgrad der integrierten Leistungselektronik ab.

Lesen Sie auch: „Wärmepumpen: Mehr Wärme aus Müll“

„Essenziell für die Realisierung einer hohen Leistungszahl elektrokalorischer Wärmepumpen ist eine sehr hohe Effizienz bei den Materialien, der Elektronik und dem Wärmeübertrag. Bekommt man das alles in den Griff, hat die Elektrokalorik ein enormes Potenzial“, sagt Kilian Bartholomé, Projektleiter des Fraunhofer-Leitprojekts „ElKaWe“, in dem sechs Fraunhofer-Institute elektrokalorische Wärmepumpen zum Heizen und Kühlen erforschen. Bartholomé forscht am ebenfalls in Freiburg beheimateten Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (IPM).

Effizientere Leistungselektronik pusht Arbeitszahl neuartiger Wärmepumpen

Das IAF ist im Projekt „ElKaWe“ für die Entwicklung der Ansteuerungselektronik für elektrokalorische Wärmepumpen zuständig. Dafür erforscht es Bauelemente auf Basis von Galliumnitrid (GaN), um die Leistungsdichte und den Wirkungsgrad zu erhöhen. Nun haben die Forschenden erstmals eine GaN-basierte Leistungselektronik speziell für die Elektrokalorik entwickelt und optimiert. Heraus kam hocheffiziente Schaltungstopologie für Spannungswandler mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 99,74 % im elektrischen Leistungspfad. Das übertrifft den bisherigen Forschungsstand von unter 90 % Umladeeffizienz zur elektrischen Ansteuerung dieser neuartigen Wärmepumpen deutlich.

Wärmepumpe halbiert Brennstoffbedarf

Diese Effizienzsteigerung der Ansteuerungselektronik wirkt sich unmittelbar auf die Leistungszahl des gesamten Systems aus. Das IAF spricht daher in einer Mitteilung von einem „Meilenstein auf dem Weg zu effizienteren Wärmepumpen“. „Es besteht noch viel Forschungsbedarf, aber zukünftig könnte diese Technologie eine effizientere und vollständig emissionsfreie Lösung zum Heizen und Kühlen werden“, sagt 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:

https://ieeexplore.ieee.org/document/10107998

Ein Beitrag von:

Stellenangebote

Wohnbau GmbH

Gebäudetechniker in der Wohnungswirtschaft (w/m/d)

Bonn
HENSOLDT

Projektleiter Airborne ISR Radars (w/m/d)

Immenstaad
HENSOLDT

Produktmanager Airborne Detection & Protection Products and Systems (w/m/d)

Taufkirchen
Hochschule Osnabrück

Professur für Hard- und Software Digitaler Systeme

Osnabrück
Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte

Sachbearbeiter*in im Sachgebiet Bau & Technische Dienste (m/w/d)

Berlin
Generalverwaltung der Max-Planck-Gesellschaft

Sachbearbeiter*in "Vergabe von Bauaufträgen sowie von Architekten-/Ingenieurverträgen (GWB/VgV/VOB)" - Teilzeit 75 %

München
TU Bergakademie Freiberg

Professur für Geoströmungs-, Förder- und Speichertechnik

Freiberg
Hochschule Esslingen - University of Applied Sciences

Professor:in (W2) für das Lehrgebiet "Klimatechnik"

Esslingen
Hochschule Emden/Leer

Wissenschaftliche*r Mitarbeiter*in (Doktorand*in) in den Projekten TraNaMo und HyperBridge

Emden
MBDA Deutschland GmbH

Senior Systems Engineer (w/m/d)

Schrobenhausen
Zur Jobbörse

Das könnte Sie auch interessieren

Empfehlungen des Verlags

Meistgelesen