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© NEST DC Analysen | 13 Februar 2017

'NEST-DC': Sicherungstechnik für Gleichspannungsnetze erforscht

Energieverluste in Stromnetzen und elektrischen Ger├Ąten lassen sich k├╝nftig um mehr als die H├Ąlfte verringern. Ein deutscher Forschungsverbund hat daf├╝r die Technologiebasis auf Grundlage von Gleichspannung erarbeitet.
Hier ist die Verlustleistung niedriger als bei der heute g├Ąngigen Wechselspannung. F├╝nf Projektpartner aus Industrie und Wissenschaft erforschten die Grundlagen f├╝r halbleiterbasierte, vollelektronische Leistungs-Schutzschalter zum Einsatz in Gleichspannungsnetzen und -anwendungen. Damit l├Ąsst sich ├╝berall dort Gleichspannung nutzen, wo heute Wechselspannung ├╝blich ist. Die neuartigen Leistungs-Schutzschalter werden in der Lage sein, Gleichspannung m├Âglichst schnell und sicher ein- und im Notfall auszuschalten. Dadurch l├Ąsst sich Energie aus regenerativen Quellen effizienter in Energienetze und -speicher einspeisen und die Netzstabilit├Ąt verbessern. Au├čerdem sind deutlich kompaktere Elektroger├Ąte m├Âglich. Erforscht wurden die Leistungs-Schutzschalter von Airbus, der E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH, der Infineon Technologies AG, der Siemens AG sowie dem Institut f├╝r elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente (IALB) der Universit├Ąt Bremen. Infineon hatte die Projektleitung inne. Das European Center for Power Electronics e.V. (ECPE) mit Sitz in N├╝rnberg unterst├╝tzte das Projekt ma├čgeblich. Ohne effiziente und kosteng├╝nstige Sicherungstechnik lie├čen sich Verteilnetze sowie Bordnetze der Elektromobilit├Ąt bisher nicht auf Gleichspannungsversorgung umstellen. Bislang gab es nur elektromechanische Schutzvorrichtungen, bei denen Lichtb├Âgen beim Schalten von Gleichspannungen und Str├Âmen entstehen k├Ânnen. 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). F├╝r elektronische Leistungs-Schutzschalter wurden neue Aufbau- und Verbindungstechniken sowie neue Schaltungstopologien erarbeitet und getestet. Zu den Ergebnissen des Projekts geh├Âren Demonstratoren im Bereich von Luftfahrt-Bordnetzen, Elektromobilit├Ąt, Photovoltaik und Gleichspannungs-Verteilnetzen. Forschungsaufgaben der NEST-DC-Partner Im Projekt ├╝bernahm es das IALB, neuartige Halbleiterstrukturen f├╝r 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 Zerst├Ârungsgrenze getestet. Airbus definierte die Anforderungen aus Sicht von Luftfahrt-Anwendungen und erarbeitete eine geeignete Topologie. Diese wurde zusammen mit den Partnern als Demonstrator ausgef├╝hrt und getestet. Siemens untersuchte Aufbau und Verbindungstechnik der Leistungs-Schutzschalter. E-T-A definierte die Anforderungen f├╝r Industrieanwendungen. Zusammen mit den Partnern validierte E-T-A daf├╝r ausgelegte Leistungs-Schutzschalter f├╝r Spannungsklassen bis zu 1.500 V. Infineon leitete das Projekt, steuerte seine Kompetenz f├╝r Leistungshalbleiter bei und forschte an den Leistungshalbleitern f├╝r die OCB-FETs.
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