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© NEST DC Analysen | 13 Februar 2017

'NEST-DC': Sicherungstechnik für Gleichspannungsnetze erforscht

Energieverluste in Stromnetzen und elektrischen GerĂ€ten lassen sich kĂŒnftig um mehr als die HĂ€lfte verringern. Ein deutscher Forschungsverbund hat dafĂŒr die Technologiebasis auf Grundlage von Gleichspannung erarbeitet.
Hier ist die Verlustleistung niedriger als bei der heute gĂ€ngigen Wechselspannung. FĂŒnf Projektpartner aus Industrie und Wissenschaft erforschten die Grundlagen fĂŒr halbleiterbasierte, vollelektronische Leistungs-Schutzschalter zum Einsatz in Gleichspannungsnetzen und -anwendungen. Damit lĂ€sst sich ĂŒberall dort Gleichspannung nutzen, wo heute Wechselspannung ĂŒblich ist.

Die neuartigen Leistungs-Schutzschalter werden in der Lage sein, Gleichspannung möglichst schnell und sicher ein- und im Notfall auszuschalten. Dadurch lĂ€sst sich Energie aus regenerativen Quellen effizienter in Energienetze und -speicher einspeisen und die NetzstabilitĂ€t verbessern. Außerdem sind deutlich kompaktere ElektrogerĂ€te möglich. Erforscht wurden die Leistungs-Schutzschalter von Airbus, der E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH, der Infineon Technologies AG, der Siemens AG sowie dem Institut fĂŒr elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente (IALB) der UniversitĂ€t Bremen. Infineon hatte die Projektleitung inne. Das European Center for Power Electronics e.V. (ECPE) mit Sitz in NĂŒrnberg unterstĂŒtzte das Projekt maßgeblich.

Ohne effiziente und kostengĂŒnstige Sicherungstechnik ließen sich Verteilnetze sowie Bordnetze der ElektromobilitĂ€t bisher nicht auf Gleichspannungsversorgung umstellen. Bislang gab es nur elektromechanische Schutzvorrichtungen, bei denen Lichtbögen beim Schalten von Gleichspannungen und Strömen entstehen können. Zudem sprechen elektromechanische Schutzvorrichtungen langsam an und sind schwer, wenig robust und teuer.

Die Projektpartner erforschten unter anderem neuartige Halbleiterbauelemente, wie den Over-Current-Blocking-Field-Effect-Transistor (OCB-FET). FĂŒr elektronische Leistungs-Schutzschalter wurden neue Aufbau- und Verbindungstechniken sowie neue Schaltungstopologien erarbeitet und getestet. Zu den Ergebnissen des Projekts gehören Demonstratoren im Bereich von Luftfahrt-Bordnetzen, ElektromobilitĂ€t, Photovoltaik und Gleichspannungs-Verteilnetzen.

Forschungsaufgaben der NEST-DC-Partner

Im Projekt ĂŒbernahm es das IALB, neuartige Halbleiterstrukturen fĂŒr den Einsatz im OCB-FET zu untersuchen und zu simulieren. Zudem wurden die entwickelten Leistungs-Schutzschalter statisch und dynamisch vermessen sowie ihr thermisches Verhalten und ihre Zerstörungsgrenze getestet. Airbus definierte die Anforderungen aus Sicht von Luftfahrt-Anwendungen und erarbeitete eine geeignete Topologie. Diese wurde zusammen mit den Partnern als Demonstrator ausgefĂŒhrt und getestet.

Siemens untersuchte Aufbau und Verbindungstechnik der Leistungs-Schutzschalter. E-T-A definierte die Anforderungen fĂŒr Industrieanwendungen. Zusammen mit den Partnern validierte E-T-A dafĂŒr ausgelegte Leistungs-Schutzschalter fĂŒr Spannungsklassen bis zu 1.500 V. Infineon leitete das Projekt, steuerte seine Kompetenz fĂŒr Leistungshalbleiter bei und forschte an den Leistungshalbleitern fĂŒr die OCB-FETs.
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