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Intelligente Bauteile fr das Stromnetz der Zukunft

Beim schnellen Aufladen von Elektroautos wird kurzzeitig besonders viel Energie an Ladestationen bentigt. Solche Spitzenlasten fhren zu Engpssen im Stromnetz und stellen eines der Probleme beim Ausbau der Elektromobilitt dar. Fr die zahlreichen Herausforderungen der Energiewende braucht es ein flexibles und verlssliches Stromnetz, das Schwankungen im Verbrauch und in der Erzeugung von Energie ausgleicht. Ein Schlsselelement dafr knnte der Smart Transformator sein, an dem die Arbeitsgruppe Leistungselektronik der Christian-Albrechts-Universitt zu Kiel (CAU) forscht. Auf der Basis von Leistungshalbleitern aus Siliziumkarbid haben sie einen Prototyp entwickelt, der den Stromfluss steuert. Genutzt werden knnte er nicht nur zur besseren Integration von Ladestationen ins Stromnetz, sondern auch in Rechenzentren oder fr die Anbindung von Gleichstromnetzen. Einen Teil des Prototypens stellen die Forschenden auf der Hannover Messe zum ersten Mal vor.

Im Zuge des Ausbaus von Erneuerbaren Energien steigt die Anzahl dezentraler Energieproduzenten und -verbraucher wie Windkraftanlagen und Ladestationen. Unsere konventionelle Infrastruktur ist nicht fr bidirektionale Stromflsse ausgelegt, sagt Professor Marco Liserre, Professor fr Leistungselektronik an der CAU. Die neuen Komponenten aus der Leistungselektronik knnten dazu beitragen, Strom bedarfsgerecht zu verteilen und so das Energienetz besser zu steuern sowie berlastungen und Ausfllen entgegenzuwirken. Zusammen mit seiner Arbeitsgruppe hat Liserre einen leistungselektronischen Transformator entwickelt, der ohne hohe Energieverluste Mittelspannung in Niederspannung transformieren und dabei zustzlich Gleichstromanschluss ermglicht. So wollen wir das Stromnetz modernisieren und fit machen fr die Energiewende. Was wir brauchen ist ein flexibles, effizientes und vor allem verlssliches System, so Liserre weiter.

Dank seines modularen Aufbaus ist der in Kiel entwickelte Smart Transformator wartungsfreundlich und lsst sich einfach und kostengnstig fr verschiedene Einsatzmglichkeiten skalieren. In Rechenzentren und in der Flugzeugelektronik knnte er den Energieverbrauch senken und die Sicherheit erhhen. In beiden Umgebungen ist die Infrastruktur bewusst redundant aufgebaut: Mehrfach vorhandene Anlagen sorgen dafr, dass der Betrieb zuverlssig weiterluft und die Stromversorgung nicht unterbricht, wenn einzelne Komponenten ausfallen. Da bereits mehrere Baublcke vorhanden sind, werden weniger elektrische Doppelstrukturen bentigt, was die Zuverlssigkeit erhht und Kosten spart.

Der Basisbaublock eines aktuellen Prototypens des intelligenten Kieler Transformators verbindet Niedrigspannungs-Gleichstrom (800 V) mit Mittelspannungs-Wechselstrom bei 2,6 Kilovolt (line-to-line) mit einer Leistung von 100 KW. Entwickelt wurde der Transformator im Rahmen des europischen Forschungsprojekts HEART (Highly Efficient And Reliable smart Transformer), das seit 2014 an der CAU luft.

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