LEITNING - Leistungswandler für die robuste und zuverlässige Energieversorgung durch Integration "grüner" Generatoren

Im Projekt LEITNING wird ein neuartiger Batterie-Wechselrichter mit hoher Massen-Leistungsdichte erforscht und im Feld getestet, der es ermöglicht, ein hoch-verfügbares und modulares Wechselstrom-Netz sowie netzstützende Funktionen mit Hilfe von fortschrittlichen Schaltungstopologien auf Basis von innovativen SiC MOSFET Leistungsmodulen, magnetischen Bauteilen und Regelungsstrategien bereitzustellen.

Der Betrieb mit einer Schaltfrequenz von bis zu 200 kHz im Leistungsbereich von 200 kW soll zu einer massiven Material-, Gewichts- und Kostenersparnis im Vergleich zu den heute kommerziell verfügbaren Wechselrichter-Lösungen führen. Konkret wird eine Preisreduzierung des Wechselrichters durch die Projektergebnisse um etwa 40 % von 50-90 €/kW auf 30-60 €/kW erwartet. Gleichzeitig wird eine Erhöhung der Massen-Leistungsdichte um 25 % auf 2,5 kW/kg angestrebt (Stand der Technik bei kompakten Lösungen: Unter 2,0 kW/kg).

Konkrete Zielanwendungen für die kompakte Hochleistungs-Wechselrichter-Netzbetriebsmittelplattform, jeweils unter Einbeziehung lokal verfügbarer erneuerbarer Energiequellen, sind:

• Leistungsflussoptimierung, Stabilisierung und Stützung schwacher Netze
• Schnelle Erkennung und Durchfahren von Netzfehlern
• Bereitstellung der Stromversorgung bei systembedingter schwankender Versorgung durch dezentrale Erzeugungseinheiten
• Notstromversorgung sensibler Bereiche und kritischer Lasten bei Netzfehlern und Netzausfällen (z.B. Mobilfunkstationen oder Wasserversorgung)
• Inselnetzbildung von Teilnetzen mit anschließender Re-Synchronisierung mit dem Verbundnetz

Die anvisierte hohe Massen-Leistungsdichte des Wechselrichters und das damit verbundene geringe Gewicht sind der Schlüssel, um mit der geplanten Lösung neue Anwendungsfelder für die einfache und flexible Integration erneuerbarer Energien zu erschließen. Damit kann der geplante Zubau weiterhin ohne Verzögerung stattfinden. Ferner leistet das Vorhaben einen Beitrag zur Erreichung der CO₂-Reduktionsziele.

Weitere Anwendungsfelder für die neue Wechselrichtergeneration sind neben der Photovoltaik (PV) stationäre Batteriespeicher zur Netzstützung und die Bereitstellung von Netzdienstleistungen wie z.B. Schwarzstartfähigkeit und Aufbau von Mikronetzen. Darüber hinaus eignen sich die angestrebten Technologien insbesondere auch für den Einsatz in netzfernen Regionen (geringes Gewicht und einfacher Transport) unter extremen klimatischen Bedingungen (geringe Verluste, weniger Verlustwärme, einfachere Kühlung). Damit ergeben sich sowohl für die weitere Entwicklung der regenerativen Energien in Deutschland, als auch für das Engagement der deutschen Industrie in Entwicklungs- und Schwellenländer zur Verbesserung der dortigen Energieinfrastruktur und Lebensbedingungen deutliche Vorteile.

Der Fokus der H-BRS liegt in ihrem Vorhaben auf der Untersuchung von geeigneten Topologien für hoch-getaktete Stromrichter, die mit den Anforderungen im Projekt kongruieren. Weiter werden dahingehend die Systemkomponenten charakterisiert, um eine optimale Auslegung der Hardware zu gewährleisten. Parallel werden Regelungsstrategien erforscht, die netzstützende Eigenschaften aufweisen und gleichzeitig die Eigenschaften der neuartigen Hardware berücksichtigen, um einen effizienten und netzdienlichen Betrieb des Batterie-Wechselrichters zu gewährleisten.