power4re: Zuverlässige Umrichter für die regenerative Energieversorgung

Auf einen Blick

• Um die Energie aus Windenergie- und PV-Anlagen ins Netz einzuspeisen, sind Frequenzumrichter bzw. Wechselrichter erforderlich.
• Die Umrichter sind herausfordernden Betriebs- und Umgebungsbedingungen ausgesetzt und gehören zu den am häufigsten ausfallenden Anlagenkomponenten. Hohe Kosten sind häufig die Folge.
• Das Projekt power4re beschäftigt sich daher mit der Entwicklung neuer Maßnahmen, um die Zuverlässigkeit und Robustheit dieser zentralen Bauteile zu steigern.
• power4re wird im Rahmen des internen Forschungsprogramms PREPARE der Fraunhofer-Gesellschaft mit Mitteln in Höhe von insgesamt 3,5 Mio. Euro gefördert.

Herausforderung

Umrichter sind in der Energiewende von zentraler Bedeutung: Sie sind unverzichtbare leistungselektronische Komponenten zur Netzanbindung von Photovoltaik- und modernen Windenergieanlagen, um die regenerativ erzeugte Energie mit netzkonformer Spannung und Frequenz einzuspeisen. Eine hohe Zuverlässigkeit der Umrichter ist daher zwingend erforderlich. Allerdings sind diese besonders herausfordernden Betriebs- und Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Sie zählen seit Jahren zu den am häufigsten ausfallenden Anlagenkomponenten und verursachen so oft beträchtliche Reparaturkosten und Stillstandszeiten. An langlebigen, gegenüber Umwelteinflüssen unempfindlichen Umrichtern besteht somit ein dringender Bedarf. Sie besitzen als unverzichtbarer Technologiebaustein der Energiewende zudem ein hohes wirtschaftliches Potenzial.

Lösung

Das Ziel des dreijährigen Projekts power4re ist die Entwicklung von Lösungen, mit denen die Zuverlässigkeit und Robustheit von Umrichtern zur dezentralen elektrischen Energiewandlung erheblich gesteigert werden kann. Im Fokus stehen dabei anwendungsspezifische Schwachstellen, die aus umfassenden Felddaten- und Schadensanalysen ermittelt werden und deren – oft durch die Kombination von klimatischer und elektrischer Belastung bewirkte – Ausfallmechanismen im Rahmen des Projektes noch detaillierter zu erforschen sind. Neben hardwareseitigen Modifikationen und Schutzkonzepten widmet sich das Projekt geeigneten Testverfahren, um diese unter anwendungstypischen Bedingungen bewerten zu können, aber auch Methoden zur Fehlerfrüherkennung.

power4re wird im Rahmen des internen Forschungsprogramms PREPARE der Fraunhofer-Gesellschaft gefördert. Ein wichtiger Aspekt hierbei ist auch der Ausbau der längerfristigen Allianzen zwischen Fraunhofer-Instituten. Insgesamt beteiligen sich fünf Fraunhofer-Institute unter der Leitung des Fraunhofer IWES am power4re-Vorhaben. Begleitet wird das Projekt von einem Beraterkreis, in dem drei Unternehmen der projektrelevanten Branchen vertreten sind.

Mehrwert  

Die Schwerpunkte des Fraunhofer IWES im Projekt power4re liegen in der Erschließung von Methoden des Maschinellen Lernens zur felddatenbasierten Ausfallursachenanalyse, einer detaillierten Vermessung der Temperatur- und Feuchteverhältnisse innerhalb der Umrichter von Windenergieanlagen im Feld sowie der Entwicklung einer auf die relevanten Ausfallmechanismen fokussierten Zustandsüberwachung. Als besonders wertvoll wird die institutsübergreifende Zusammenarbeit erachtet, die u.a. neuen Erkenntnisgewinn aus dem Abgleich von Windenergie- und PV-Anwendung ermöglicht.