Eine Publikation der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg
Höhere Leistungsdichte zum kleineren Preis
von Christopher Jörn
Photovoltaikanlage. Foto: andreas160578 auf Pixabay
Professor Marco Jung aus dem Fachbereich Elektrotechnik, Maschinenbau und Technikjournalismus der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg forscht an einem neuartigen Batteriewechselrichter zur lokalen und mobilen Energiespeicherung, Energieversorgung und Netzstabilisierung.Am Projekt LEITNING sind neben der Hochschule das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik, der Energieversorger SWW Wunsiedel GmbH, die Freqcon GmbH und die Sumida Components & Modules GmbH beteiligt, die Projektleitung hat die Münchener Infineon Technologies AG.
Höhere Effizienz zum kleineren Preis
Forschungsziel ist es, eine höhere Leistungsdichte zu einem kleineren Preis zu erzielen. So wird für die Leistungsdichte eine Steigerung bei konventionellen Kompaktgeräten von bislang bis zu zwei Kilowatt pro Kilogramm des Gerätes auf bis zu 2,5 Kilowatt pro Kilogramm angestrebt. Das entspräche einer Steigerung um etwa 25 Prozent.
Die Kosten sollen dabei von bislang 50 bis 90 Euro pro Kilowatt auf 30 bis 60 Euro pro Kilowatt gesenkt werden – also eine Preisreduktion um etwa 40 Prozent. Ermöglicht werden soll dies durch die Anwendung neuartiger Siliziumcarbid-Halbleiter.
Die angestrebte Leistung von LEITNING soll 250 Kilovoltampere kombinierter Leistung entsprechen. Der Wirkungsgrad soll sich ebenfalls erheblich verbessern.
Problembewältigung durch nachhaltige Energiequellen
LEITNING soll dabei für verschiedene Aufgaben in unterschiedlichen Modi arbeiten. Im Netzparallelbetrieb kann Energie aus dem Netz, wie zum Beispiel Überproduktion aus Photovoltaik, in den Batterien gespeichert werden. Wird das Netz stark belastet, kann LEITNING hingegen durch bidirektionalen Stromfluss auf der Niederspannungsebene Leistung zurück ins Netz speisen und so unterstützen.
Ein anderes Einsatzgebiet soll die Notstromversorgung sein. Hier können kritische Lasten, wie zum Beispiel Wasserwerke oder Krankenhäuser, bei einem Stromausfall weiterhin mit dreiphasigem Wechselstrom versorgt werden. In Kraftwerken könnte so auch die so genannte Schwarzstartfähigkeit, also das netzunabhängige Hochfahren eines Kraftwerks, gewährleistet werden. Das Besondere hierbei: LEITNING lässt sich nicht nur stationär, sondern auch mobil anwenden. Dies könnte auch Hilfsorganisationen wie Feuerwehr und Technisches Hilfswerk unterstützen und so auf lange Sicht gegebenenfalls Dieselaggregate ersetzen. Besonders hilfreich dabei ist, dass LEITNING durch das verbesserte Leistungsgewicht deutlich leichter und kompakter sein wird.
Entwicklung von Hard- und Software an der Hochschule
Entscheidend für die Zuverlässigkeit und das Erreichen der gesetzten Ziele ist dabei auch der Beitrag der Forschungsgruppe Jung an der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg. Zusammen mit seinen Mitarbeitern Pooja Prashantha und Markus Woldt forscht Jung an Simulationen zur Schaltungstopologie, die erheblichen Einfluss auf den Wirkungsgrad hat, sowie an Regelungskonzepten zur zuverlässigen und schnellen Erkennung und Behebung von Netzinstabilitäten und Bedarfsspeisung kritischer Lasten. Die erforschte Topologie wird von ihnen auch in Schaltpläne umgesetzt. Die Entwicklung eines Platinenlayouts und die Bestückung erfolgen dann in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut.
Der Batteriewechselrichter, so Jung, könne nicht nur schwache Netze stützen, sondern durch seine innovative Regelung ein verteiltes Inselnetz oder eine unterbrechungsfreie (Not-)Stromversorgung ohne Diesel bereitstellen. Jung: „Durch neuartige magnetische Komponenten und Siliziumcarbid-Halbleiter lassen sich die Verluste und der Einsatz von Material stark reduzieren. Die Kombination aus einer neuartigen Hardware, gepaart mit der netzbildenden Regelung ist in dieser Leistungsklasse beispiellos.“
Jung ist Professor für Elektromobilität und elektrische Infrastruktur mit Schwerpunkt Leistungselektronik und Leiter der Abteilung Stromrichter und elektrische Antriebssysteme am Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik. Seine Schwerpunkte in Forschung und Entwicklung liegen vor allem im Bereich der Energiewandlung durch unter anderem Wechselrichter und Energieverteilung auf Netzebene sowie auf magnetischen und Siliziumcarbid-Bauteilen.
Das Projekt LEITNING wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit rund 6,42 Millionen Euro über dreieinhalb Jahre gefördert.
Weiterführender Link:
Projektseite LEITNING
Artikel vom 25.01.2021
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