Instytut Fraunhofera pracuje nad alternatywną technologią dla pomp ciepła. Tradycyjne pompy ciepła wykorzystujące technologię sprężarkową mogą zostać zastąpione elektrokalorycznymi pompami ciepła.
Wzrost wydajności energoelektroniki – większa wydajność całego systemu
Niemieccy naukowcy pracują nad konstrukcją konwertera półmostkowego opartego na związku galu i sodu (GaN) w projekcie „ELKaWE”- elektrokaloryczna pompa ciepła. Wdrożyli wysoce wydajną topologię obwodów dla przetwornic napięcia o sprawności elektrycznej na poziomie 99,74 proc. Obecnie pompy ciepła są ograniczone do około 50 procent fizycznego limitu Carnota ze względu na technologię. Jak wyjaśniają monachijscy naukowcy wydajność elektrokalorycznych pomp ciepła zależy w dużym stopniu od wydajności zintegrowanej energoelektroniki. Stąd badane są komponenty oparte na półprzewodnikowym azotku galu (GaN) w celu uzyskania większej gęstości mocy i wydajności.
Zasada elektrokalorycznej pompy ciepła
Jak opisują naukowcy na stronie projektu tzw. efekt elektrokaloryczny polega na przyłożeniu pola elektrycznego do materiału elektrokalorycznego wykonanego ze specjalnej ceramiki lub polimerów, co powoduje nagrzanie materiału - elektryczne momenty dipolowe w polu są wyrównane. Zatem zamiast gazów jak w tradycyjnych urządzeniach wykorzystywane jest ciało stałe, co z wielu względów może być bezpieczniejsze w stosowaniu. Następnie powstałe ciepło jest odprowadzane przez radiator, co oznacza, że materiał ponownie schładza się do swojej początkowej temperatury. Jeśli pole elektryczne zostanie usunięte, porządek zostanie zmniejszony, a materiał ostygnie, również zgodnie z prawami termodynamiki. Wówczas może absorbować energię cieplną ze źródła ciepła. Efekt jest odwracalny. Pozwala to na ustalenie cyklu, który działa jak wydajna pompa ciepła do chłodzenia lub ogrzewania, w tym przypadku bez potrzeby użycia toksycznych czynników chłodniczych.
Źródło:
https://ieeexplore.ieee.org/document/10107998
Zdjęcie: 31820301 © Flynt Dreamstime.com
