Ученые заявили о прорыве в твердотельном тепловом насосе
Немецкие ученые достигли важной вехи в разработке твердотельных электрокалорических тепловых насосов.
Электрокалорические тепловые насосы рассматриваются как альтернатива существующей технологии на основе компрессоров, не требуют хладагентов и обещают более высокую эффективность.
Исследователи из Института прикладной физики твердого тела Фраунгофера в Германии (IAF) утверждают, что достигли важной вехи в области силовой электроники, создав сверхэффективную топологию схемы для преобразователей напряжения с электрическим КПД более 99,74%.
Благодаря своей технологии современные тепловые насосы достигают только около 50% физического предела Карно, в то время как электрокалорический тепловой насос теоретически может достигать 85%. Однако достижение этой эффективности в значительной степени зависит от эффективности встроенной силовой электроники.
Проект Fraunhofer Electrocaloric Heat Pumps, или сокращенно ElKaWe, исследует устройства на основе полупроводникового нитрида галлия (GaN) с целью повышения удельной мощности и эффективности.
Исследователи впервые разработали и оптимизировали силовую электронику специально для электрокалорий. Им удалось внедрить сверхэффективную топологию схемы для преобразователей напряжения на основе GaN-транзисторов, достигнув электрического КПД 99,74% в цепи электропитания.
По данным группы Института Фраунгофера, многоуровневый преобразователь постоянного тока на основе GaN намного превосходит предыдущий уровень исследований с эффективностью преобразования менее 90% для электрического управления этими новыми тепловыми насосами.
Значительное повышение эффективности приводной электроники напрямую влияет на коэффициент производительности всей системы, настаивает команда. До сих пор системы электрокалорического теплового насоса ограничивались, среди прочего, потерями в электронике. Повышенный электрический КПД напрямую ведет к более высокому коэффициенту полезного действия всей системы теплового насоса и, таким образом, является важной вехой на пути к более эффективным тепловым насосам.
«Наша сверхэффективная силовая электроника впервые позволяет достичь более 50 % от максимального теоретического коэффициента полезного действия электрокалорических тепловых насосов даже на системном уровне», — сказал д-р Штефан Мёнх, исследователь в области теплоэнергетики. силовая электроника в Fraunhofer IAF.
«Предстоит еще много исследований, но в будущем эта технология может стать более эффективным и полностью безэмиссионным решением для отопления и охлаждения».
