Comment améliorer le rendement des pompes à chaleur et limiter leur impact environnemental ? Voilà la question à laquelle tentent de répondre les chercheurs de l’institut Fraunhofer, en Allemagne, à travers le projet ElKaWe (Elektrokalorische Wärmepumpe). Le nom du programme en question, que l’on peut traduire par « Pompe à chaleur électrocalorique », évoque déjà quelque peu le concept mis en œuvre. En effet, l’institut a développé un système basé sur l’électronique de puissance afin d’augmenter l’efficacité des pompes à chaleur électrocalorique.
Plus efficace, plus écologique
Il faut savoir que contrairement aux pompes à chaleur conventionnelles, ces modèles à semi-conducteurs s’avèrent plus bénéfiques aussi bien pour les foyers que pour l’environnement. En plus d’avoir un rendement plus élevé, ils n’utilisent pas de réfrigérants, ce qui diminue leurs émissions de gaz à effet de serre. Si vous ne le savez pas, l’effet électrocalorique (EC) est un phénomène dans lequel un matériau présente un changement de température sous l’effet d’un champ électrique. Avec leur convertisseur de tension ultra-efficace, les universitaires de l’institut Fraunhofer affirment avoir atteint un rendement électrique de 99,74 % !
Un rendement thermodynamique pouvant dépasser les 80 % !
En raison de la technologie qu’elles adoptent, les pompes à chaleur traditionnelles ont un rendement thermodynamique limité à environ 50 % de la limite physique de Carnot. Dans le cas d’une pompe à chaleur électrocalorique, ce chiffre pourrait théoriquement aller jusqu’à 85 %. Pour atteindre un tel niveau, le circuit ultra-efficace développé par les scientifiques de l’institut allemand utilise des transistors GaN, c’est-à-dire à base de nitrure de gallium. Il s’agit d’un convertisseur de tension DC/DC multiniveau. Comme l’explique notre source, « l’électronique de puissance du système a pour tâche de charger et de décharger électriquement les capacités électrocaloriques plusieurs fois par seconde aussi efficacement que possible et avec le moins de perte possible ».
Une amélioration des performances générales
Par ailleurs, l’équipe a constaté que l’amélioration de l’efficacité du circuit électronique de commande qui enclenche l’effet électrocalorique a également un impact direct sur les performances générales de la pompe à chaleur. Pour présenter les résultats de leur recherche, les chercheurs ont publié une étude dans le journal IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics.
Certes, il s’agit d’une avancée prometteuse, mais avant de pouvoir faire ses preuves dans nos maisons, la technologie de pompe à chaleur électrocalorique de l’institut Fraunhofer devra encore être assujettie à des améliorations supplémentaires. « Pour que les pompes à chaleur électrocaloriques aient un coefficient de performance élevé, il faut que les matériaux, l’électronique et le transfert de chaleur soient très efficaces », a déclaré Kilian Bartholomé, responsable du projet ElKaWe. Plus d’infos sur cette page.
Pour avoir déjà participé au développement de propotype de mmc (convertisseur multi niveau en DC/A : je n’en comprends d’ailleurs pas vraiment l’intérêt en dc/dc… ), j’avoue ne pas avoir compris l’article