IGBT-Modul eines Umrichters einer Windenergieanlage. Power4re will Lösungen entwickeln, mit denen die Robustheit von Umrichtern zur dezentralen elektrischen Energiewandlung erheblich gesteigert werden kann. ©Bild: FI/IWES

Fraunhofer: Fünf Institute starten Forschungsprojekt zur Steigerung der Zuverlässigkeit von Umrichtern

(FI/IWES) Mit einem virtuellen Kick-off ist das Forschungsprojekt Power4re (Zuverlässige Umrichter für die regenerative Energieversorgung) Mitte April gestartet. Fünf Institute der Fraunhofer-Gesellschaft arbeiten unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Windenergiesysteme IWES gemeinsam mit Industrievertretern an Lösungen, um die Zuverlässigkeit und Robustheit von Wechselrichtern in Photovoltaik-Anlagen und Frequenzumrichtern in Windenergieanlagen zu steigern.


Umrichter sind in der Energiewende von zentraler Bedeutung: Sie sind unverzichtbare technische Komponenten zur Netzanbindung von Photovoltaik- und modernen Windenergieanlagen, um die regenerativ erzeugte Energie mit netzkonformer Spannung und Frequenz einzuspeisen. Eine hohe Zuverlässigkeit der Umrichter ist daher zwingend erforderlich. Allerdings sind diese besonders herausfordernden Betriebs- und Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Sie zählen seit Jahren zu den am häufigsten ausfallenden Anlagenkomponenten und verursachen so oft beträchtliche Kosten. An langlebigen, gegenüber Umwelteinflüssen unempfindlichen Umrichtern besteht somit ein dringender Bedarf. Sie besitzen als unverzichtbarer Technologiebaustein der Energiewende somit ein hohes wirtschaftliches Potenzial.

Zuverlässigkeit und Robustheit steigern
Das Ziel des dreijährigen Projekts ist die Entwicklung von Lösungen, mit denen die Zuverlässigkeit und Robustheit von Umrichtern zur dezentralen elektrischen Energiewandlung erheblich gesteigert werden kann. Im Fokus stehen dabei anwendungsspezifische Schwachstellen, die aus umfassenden Felddaten- und Schadensanalysen ermittelt werden und deren – oft durch die Kombination von klimatischer und elektrischer Belastung bewirkte – Ausfallmechanismen im Rahmen des Projektes noch detaillierter zu erforschen sind. Neben hardwareseitigen Modifikationen und Schutzkonzepten widmet sich das Projekt zudem geeigneten Testverfahren, um diese unter anwendungstypischen Bedingungen bewerten zu können.

Ein wichtiger Aspekt ist auch der Ausbau der längerfristigen Allianzen zwischen Fraunhofer-Instituten. Insgesamt beteiligen sich fünf Fraunhofer-Institute am Power4re-Projekt: das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB, das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS, das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES (Projektleitung) und das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM. Zudem begleitet ein Beraterkreis das Projekt Power4re, in dem die Unternehmen ConverterTec (ehemals Woodward Kempen), SMA Solar Technology AG und Mitsubishi Electric R&D Centre Europe vertreten sind. Seitens der Fraunhofer-Gesellschaft wird das Projekt durch Frau Vera Gramich aus der Abteilung Interne Forschungsprogramme begleitet.

Übertragbarkeit der Ergebnisse
Die angestrebten Lösungen zur Steigerung der Umrichterzuverlässigkeit beschränken sich nicht nur auf Windenergie- und Photovoltaikanwendungen, sondern können potenziell auch auf andere Bereiche wie Bahn, Avionik und Elektromobilität übertragen werden, in denen Umrichter ebenfalls herausfordernden Umgebungseinflüssen ausgesetzt sind.

Text: Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES

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