Autarke erneuerbare Energiesysteme mit Wasserstoff und DC-Kopplung

Im Projekt „Modulare, regenerative und autarke Energieversorgung mit H2-Technik“ (MarrakEsH) arbeiten sechs Partner an neuen Technologien, um Energie erneuerbar und autark zu erzeugen und mit Hilfe von Wasserstoff zu speichern. Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderte Projekt ist bereits im Oktober 2023 angelaufen und dauert noch bis September 2026.

Es soll dabei um regenerative und zugleich autarkiefähige Energiesysteme gehen. Diese könnten bei Privathaushalten, kleineren Unternehmen und kritischen Infrastrukturen wie Kommunikationsanlagen zum Einsatz kommen. Auch mobile Netzersatzanlagen und netzferne Verbraucher seien mögliche Anwendungsgebiete. An einem mobilen Energiecontainer, der PV-Wechselrichter, Batterien, Wärmepumpen und Elektrolyseur enthält, forscht auch die Hochschule Fulda.

Die eingesetzten Technologien sind von Natur aus DC-Technologien: Batterien, PV-Anlagen, Elektrolyseure und Brennstoffzellen. Um die Effizienz und Leistungsdichte zu erhöhen und zugleich die Kosten zu senken, sollen diese Systemkomponenten nun auch auf der DC-Seite gekoppelt werden. Dafür wollen die Projektpartner einen speziellen DC/DC-Wandler auf Basis moderner Galliumnitrid-Leistungshalbleiter mit einer sogenannten Schalfrequenz bis zu 2 MHz entwickeln.

Wasserstoff für autarke Energiesysteme in Metallhydrid speichern

Zum Konsortium gehören GKN Hydrogen, Proton Motor Fuel Cell, Würth Elektronik, Infineon Technologies, die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg und das Fraunhofer IEE. Die GKN Hydrogen ist Hersteller von Speichersystemen für Wasserstoff auf Metallhydrid-Basis. Das Unternehmen ist im Projekt für die Integration auf Gesamtsystemebene verantwortlich. Diese soll industriell produzierbare Lösungen ermöglichen. Eine neue Wandlerarchitektur soll die Effizienz des Gesamtsystems deutlich steigern. Außerdem will GKN die bessere Entladung seiner Speicher bei höheren Betriebstemperaturen erproben.

Proton Motor will eine neue Brennstoffzelle speziell für das Zusammenspiel mit diesen Speichern entwickeln. Die Abwärme soll direkt für das Entladen des Speichers genutzt werden können.

Die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS) soll ein flexibles, intelligentes Energiemanagement entwickeln. Es soll die elektrischen und thermischen Energieflüsse optimieren.

DC/DC-Wandler mit hoher Frequenz soll System leicht und effizient machen

Auch die Entwicklung eines skaliertes Labormuster des MHz DC/DC- Wandlers liegt bei der H-BRS. Anhand dieses Musters wollen die Projektpartner frühzeitig die Effekte und Herausforderung der Schaltungen im Megahertzbereich kennenlernen. Diese sollen dann gleich beim Bau des Demonstrators berücksichtigt werden.

Für die Konzeption des Demonstrators soll das Fraunhofer IEE verantwortlich sein. „Durch die angestrebte sehr hohe Schaltfrequenz wird es möglich, einen sehr kompakten DC/DC-Wandler zu realisieren. Durch die vergleichsweise hohe Systemleistung wird dies jedoch nur durch die Verwendung neuester Technologien in den Bereichen magnetischer Komponenten, Leistungshalbleiter und Controller zu erreichen sein“ erklärt hierzu Dr. Sebastian Sprunck, Gruppenleiter Bauelemente und Messsysteme am Fraunhofer IEE.

Die magnetischen Komponenten für den Wandler sollen von Würth Elektronik stammen.

Die Infineon Technologies soll die Hardware für die Hochleistungscontroller sowie Leistungstransistoren aus Silizium und Galliumnitrid beisteuern. Die Firmware soll im Projekt selbst entstehen. Das Unternehmen ist ausßerdem für die Koordination des Projektes verantwortlich.

Quelle: Fraunhofer IEE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH