Forschung
Forschungsprojekte am HiPE-LAB
Die folgenden Forschungsprojekte nutzen das HiPE-LAB zum Test der neu entwickelten Systeme.
ReCoWind
Frequenzumrichter sind unverzichtbare Bestandteile moderner Windenergieanlagen. Gleichzeitig weisen sie hohe Ausfallraten auf und verursachen erhebliche Reparaturkosten und Ertragseinbußen. Ziel des Vorhabens ReCoWind ist die weitere Erforschung der Ursachen und Mechanismen der oft frühzeitigen und unvorhergesehenen Ausfälle von Frequenzumrichtern in Windenergieanlagen. Einen Schwerpunkt bildet dabei Feuchtigkeit als ein im Rahmen von Vorarbeiten identifizierter, ausfallrelevanter Einflussfaktor. Aufbauend auf den Ergebnissen von felddatenbasierten, modellbasierten und experimentellen Untersuchungen werden Maßnahmen im Bereich des Designs, der Betriebsführung, der Instandhaltung sowie im Bereich von Komponentenprüfungen abgeleitet, um die Zuverlässigkeit von Frequenzumrichtern in Windenergieanlagen zu erhöhen.
In Rahmen von ReCoWind konnten erstmalig mit Temperatur- und Feuchtesensoren versehene Umrichter-Module in einem Umrichtersystem im HiPE-Lab unter kombinierter klimatischer und elektrischer Belastung vermessen werden. Um anwendungstypische, realitätsgetreue Testbedingungen zu gewährleisten, wurden die Prüfprofile dabei aus Feldmessdaten abgeleitet, die im Rahmen von Feldmesskampagnen u.a. im ReCoWind-Projekt aufgezeichnet wurden. Ziel der Messungen ist, das Mikroklima in Umrichtern zu erfassen und besser zu verstehen.
SiC-Mobil
Ziel des Verbundprojektes SiC-Mobil ist, Traktionsantriebe und Ladesysteme von Elektrofahrzeugen kleiner, leichter und effizienter zu machen. Der Schlüssel dazu liegt in der Leistungselektronik. Neuartige Leistungshalbleiterbauelemente auf der Basis von Siliziumcarbid (SiC) ermöglichen die Realisierung hoher Umrichterleistungen mit geringerem Bauraum und Gewicht bei gleichzeitig höherem Wirkungsgrad als mit den bisher eingesetzten Silizium-basierten Schaltern (IGBT). Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu SiC-Umrichtern für die Elektromobilität sind deshalb nach wie vor Gegenstand aktueller Forschungen in der gesamten Automobilbranche weltweit. Die wirtschaftlich erfolgreiche Nutzung von SiC-Umrichtern in der Elektromobilität lässt sich nur erreichen, wenn im Rahmen eines interdisziplinären Entwicklungsprozesses zusätzlich zur reinen Umrichterfunktionalität auch die parasitären Lebensdauer- und EMV-Effekte in die SiC-Umrichterentwicklung einbezogen werden.
Aufbau der HLE-Forschergruppe „Hochleistungselektronik von Windenergieanlagen“
Die hohe Entwicklungsgeschwindigkeit bei den heutigen Multimegawatt-Windenergieanlagen bedeutet, dass bei der technischen Zuverlässigkeit während der kontinuierlichen Stromerzeugung über die Lebensdauer nur geringe Langzeiterfahrungen bestehen können. Ihre weltweite Verbreitung führt zu immer diverseren und, damit einhergehend, herausfordernden Umgebungsbedingungen für die eingesetzte Leistungselektronik. Gleichzeitig führt der Kostendruck zu einer Minimierung der Anlagenklimatisierung, so dass die Elektronik nicht nur unterschiedlichen Belastungsprofilen ausgesetzt ist, sondern auch wechselnden klimatischen Bedingungen. Hauptaufgabe der EFRE geförderten Forschergruppe „Hochleistungselektronik von Windenergieanlagen“ ist es, multimodale Belastungen mit der Erforschung der Wechselwirkungen zwischen elektrischen, mechanischen und klimatischen Profilen zu untersuchen. In dem neuen Kompetenzzentrum wurden über vier Jahre leistungselektronische Bauelemente und deren Verhalten basierend auf Felderfahrungen und in der gesamten Bandbreite von Einzelkomponententests bis hin zu Tests mit kompletten Umrichtern durchgeführt und analysiert. Die Vorhersage der Wirkung der multimodalen Belastungen bereits während der Entwicklungsphase ist von großer Bedeutung für die Lebensdauer von Bauelementen und zur Vermeidung von Feldausfällen und damit für den langfristigen Produkterfolg.
Die Bedeutung der innerhalb des Vorhabens entstandenen Labormöglichkeiten zu praxisnahen Zuverlässigkeitstests lässt sich bereits heute an der Nachfrage von Unternehmen nach Simulationsmodellen, Belastungsmessungen, weiterführenden Forschungs- und Entwicklungskooperationen sowie konkreten Untersuchungen im HiPE-LAB erkennen. Dabei kommt insbesondere das Know-how der Forschergruppe zum Tragen, die Gebiete der leistungselektronischen Bauelemente, der Stromrichtertechnik und der Regelungstechnik, vom Bauteil über Schaltungsmodule bis hin zu Prüfständen für praktische Untersuchungen von dynamischen Belastungen, welche die elektronischen Komponenten von Windenergieanlagen ertragen müssen, gesamtheitlich zu betrachten. Mit modernen Analyse- und Messsystemen zur Bestimmung der Bauelementcharakteristik und durch nachbildende Bauelementsimulationen lassen sich wichtige Erkenntnisse sowohl zur Steigerung der Lebensdauer als auch zur Wirkungsgradsteigerung der Leistungsbauelemente erzielen.
Pressetext der Universität Bremen zum Projekt HLE
