Hochleistungselektronik im Klimatest
Prüfstand in Bremen lässt komplette Umrichter großer Windenergieanlagen unter echten Belastungen testen
Im Durchschnitt alle zwei Jahre fällt eine Windenergieanlage aus - und führt zu Montageeinsätzen, Fehlersuche, Ersatzteilbeschaffung und Reparaturen, bei Offshore-Anlagen auch zu Schiffseinsätzen. Das ist komplex und kostet viel Geld und Zeit. Die Fehler liegen oft in der Leistungselektronik. Feuchte und Temperaturschwankungen belasten diese sehr. Unklar ist, welche Bauteile wegen welcher Probleme wann den Dienst versagen. Und wie dem vorzubeugen ist. Aufschlüsse soll das Verbundprojekt "HiPE-WiND" liefern.
Für Forschungen zu Ausfallursachen und verlässlicher Nutzungsdauer von Bauteilen der Hochleistungselektronik und ganzer Stromrichter sind an der Universität Bremen im Rahmen des Projekts nun Hightech-Prüfstände entstanden. Hier werden komplette Umrichtersysteme von Windenergieanlagen bis zur Zehn-Megawatt-Klasse in einem Klimaraum genau definierbaren Lasten ausgesetzt. Es sind Bedingungen, wie sie bei Windenergieanlagen in der Nordsee oder im Gebirge herrschen.
Der große HiPE-WiND-Klimaraum ist einer von nur wenigen, der Komponenten in diesen Dimensionen aufnehmen kann. Er lässt realitätsnah Umweltbedingungen nachbilden und mit hohen elektrischen Belastungen kombinieren. Er ermöglicht Langzeit-Belastungstests am ganzen Umrichter mit all seinen Interaktionen und damit Empfehlungen für präventive Wartungsmaßnahmen und das Erhöhen der Lebensdauer von elektronischen Komponenten. Er liefert so wertvolle Impulse für das künftige Bauteil-Design.
In der großräumigen Klimakammer können komplette Schaltschränke bei Teperaturen von minus 40 bis plus 120 Grad Celsius und bei unterschiedlichen Luftfeuchtigkeitswerten geprüft werden. HiPE-WiND-Ziel ist die Verlängerung der System-Betriebsdauer sowie die Ausfallprävention mit dem Fokus auf vorausschauende Instandhaltung mit dem rechtzeitigen Austausch von Komponenten. Die zeitlich beschleunigte Alterung der Umrichter-Komponenten im Prüflabor liefert Hinweise auf Schwachstellen der Stromrichter. Zur Zuverlässigkeit von Halbleiterkomponenten verfügen die Forscher mittlerweile über eine zwölfjährige Erfahrung. Das Testsystem berücksichtigt alle Lastfunktionen. Es ist anpassbar an Leistung und Betriebsspannung. Ein konstanter Wechsel der Temperaturen und Luftfeuchtigkeit sumuliert die starke Beanspruchung der Bauteile. Unter klimatisch verschiedenen Bedingungen und stetig wechselnden elektrischen Belastungen lässt sich im neuen "HiPE-Lab" eine 20-jährige Komponenten-Lebensdauer simulieren.
Daten zum Projekt "HiPE-WiND"
Federführend im Verbundprojekt "HiPE-WiND" (High Power Electronics in Wind Energy Plans) ist das Institut für Elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente, IALB, der Universität Bremen in Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Windenergiesysteme, Iwes, in Bremerhaven.
Projektdaten "HiPE-WiND"
Eingebunden ist auch ForWind, das Zentrum für Windenergieforschung der Universitäten Oldenburg, Hannover und Bremen. Industriepartner sind Anlagenbauer Enercon, Breuer Motoren und Betriebsführungsspezialist WPD Windmanager. Das Projekt wird vom Bundeswirtschaftsministerium mit 11,5 Millionen Euro gefördert.
Quelle: HUSUM Wind, Die Messezeitung für die HUSUM Wind, Autor: Holger Raffel, Centrum für Mechatronik, Universität Bremen
Artikel up2date Das Online-Magazin der Universität Bremen