Nové tepelné čerpadlá by mohli dosiahnúť účinnosť až viac ako 99,5%

Tepelné čerpadlá sú mimoriadne účinné systémy na výrobu tepla. S cieľom zvýšiť ich účinnosť pracujú výskumníci v projekte "Elektrokalorické tepelné čerpadlá", skrátene ElKaWe, na nových typoch tepelných čerpadiel, ktoré nevyžadujú kompresory a v budúcnosti by mali dosahovať podstatne vyššiu účinnosť. Vzhľadom na ich technológiu dosahujú dnešné tepelné čerpadlá len približne 50 % fyzikálnej Carnotovej hranice, zatiaľ čo elektrokalorické tepelné čerpadlo môže teoreticky dosiahnuť 85 %. To, aká bude nakoniec účinnosť elektrokalorických tepelných čerpadiel, však do veľkej miery závisí aj od účinnosti integrovanej výkonovej elektroniky.

V rámci projektu ElKaWe je Fraunhoferov inštitút pre aplikovanú fyziku tuhých látok IAF zodpovedný za vývoj elektroniky pre elektrokalorické tepelné čerpadlá. Na tento účel inštitút skúma zariadenia na báze polovodiča nitridu gália (GaN) s cieľom zvýšiť hustotu výkonu a účinnosť. Výskumníci teraz po prvýkrát vyvinuli a optimalizovali výkonovú elektroniku špeciálne pre elektrokalorické čerpadlá. Podarilo sa im implementovať ultraúčinnú topológiu obvodu pre meniče napätia na báze GaN tranzistorov, pričom dosiahli elektrickú účinnosť 99,74 % v elektrickej výkonovej ceste.

Viacúrovňový DC/DC menič na báze GaN tak stanovuje svetové štandardy a výrazne prekonáva doterajší stav výskumu, ktorý pri elektrickom riadení týchto nových tepelných čerpadiel dosahoval menej ako 90-percentnú účinnosť konverzie. Výrazné zvýšenie účinnosti elektroniky pohonu má priamy vplyv na koeficient účinnosti celého systému. Doteraz boli systémy elektrokalorických tepelných čerpadiel okrem iného obmedzené stratami elektroniky. Zvýšenie účinnosti elektrickej energie vedie priamo k vyššiemu koeficientu výkonnosti celého systému tepelného čerpadla, a je tak míľnikom na ceste k účinnejším tepelným čerpadlám.

"Základom pre realizáciu vysokého koeficientu výkonu elektrokalorických tepelných čerpadiel je veľmi vysoká účinnosť materiálov, elektroniky a prenosu tepla. Ak sa toto všetko podarí dostať pod kontrolu, má elektrokalorika obrovský potenciál," dodáva Dr. Kilian Bartholomé, vedúci projektu ElKaWe a výskumný pracovník Fraunhoferovho inštitútu pre fyzikálne meracie techniky IPM. Výsledky už boli čiastočne publikované v časopise IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics.

zdroj: eurasiareview.com.