Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Am neuen Standort Zinkmattenstraße in Freiburg hat das Fraunhofer ISE im Rahmen des »Zentrums für Leistungselektronik und nachhaltige Netze« drei neue Labors in Betrieb genommen. Im Power Converters Lab, Multi-Megawatt Lab und Medium Voltage Lab stehen nun weltweit einzigartige Möglichkeiten für Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Leistungselektronik und dynamischen Netzregelung zur Verfügung. Unser Institut stärkt so seine führende Position in der internationalen Forschungslandschaft und ist damit in der Lage, die kommenden Herausforderungen im Stromsektor zu bewältigen.
Eigener Anschluss ans Hochspannungsnetz
Der neue Laborstandort verfügt über einen Anschluss an das 110-kV-Hochspannungsnetz. Ein eigener 40-MVA-Umspanntransformator speist ein proprietäres Forschungsnetz, das ohne die Beeinträchtigung Dritter erlaubt, u. a. die Auswirkungen von Spannungsänderungen, die Ausbreitung von Oberschwingungen zwischen dem Nieder-, Mittel- und dem Hochspannungsnetz sowie besondere Netzsituationen, z. B. Inselnetze, zu untersuchen. Zur Versorgung der Prüffelder am Laborstandort stehen derzeit zehn Mittelspannungstransformatoren mit verschiedenen Leistungen bis 6,4 MVA sowie variablen Spannungen zwischen 260 V und 36 kV zur Verfügung.
Leistungselektronik im Multi-Megawatt-Bereich in der Nieder- und Mittelspannung
Im Niederspannungsbereich hat das Fraunhofer ISE die technischen Voraussetzungen geschaffen, um Prüflinge mit Leistungen bis in den Multi-Megawatt-Bereich zu betreiben. Damit sind wir für aktuelle und zukünftige Leistungsentwicklungen von z. B. PV- und Batteriewechselrichtern gerüstet. Darüber hinaus erlauben spezielle, sicherheitstechnisch ausgestattete Labors die Entwicklung von Leistungselektronik mit Direktanschluss an die Mittelspannung. Zur Untersuchung von Zuverlässigkeits- und Lebensdauerfragen können Geräte in einem großen Klimaraum bei Temperaturen von -30 °C bis +80 °C bei einstellbarer Feuchte untersucht werden. Im Fokus der Aktivitäten stehen hier effiziente, kompakte und zuverlässige Wechselrichteransätze für Netzanwendungen, aber auch Bahn- oder Medizintechnik sowie neuartige Anlagenkonzepte z. B. für PV- und Wind-Kraftwerke, Batteriesysteme, Elektrolyseure oder größere Stromversorgungssysteme.
Wechselrichter für sicheren Netzbetrieb
Moderne Wechselrichter können das Stromnetz stabilisieren und müssen zu zukünftigen Garanten eines sicheren Netzbetriebs weiterentwickelt werden. Entscheidend hierfür sind deren elektrische Eigenschaften. Mit unserem hochdynamischen 1-MVA-Netzsimulator lässt sich nicht nur die Reaktion von Wechselrichtern auf dynamische Änderungen von Netzfrequenz und Netzspannung untersuchen, sondern auch ihr Oberschwingungsverhalten, z. B. durch Impedanzspektroskopie, analysieren. Ferner kommen bei der Untersuchung des Inselnetzverhaltens RLC-Schwingkreisprüfeinrichtungen zum Einsatz. Unsere neue, leistungsstarke »Fault Ride Through«-Prüfeinrichtung ermöglicht den Test des dynamischen Verhaltens von Erzeugungsanlagen nicht nur bei kurzzeitigen Spannungseinbrüchen (UVRT), sondern auch bei Spannungsanhebungen (OVRT). Ein wichtiger Forschungsschwerpunkt dabei liegt auf der Entwicklung von spannungseinprägenden und netzerhaltenden Wechselrichtern für zukünftige Stromnetze mit hohem Anteil an erneuerbaren Energien, sowie der Erprobung von Micro-Grid-Anwendungen und Verbesserungen der Regelungstechnik.
Bündelung der Kompetenzen und Dienstleistungen im Bereich Leistungselektronik
Auch die Aktivitäten im mittleren und niedrigen Leistungsbereich sind nun am neuen Standort angesiedelt. Dies umfasst die Erforschung, Entwicklung und Erprobung von neuen Bauteilen und Technologien, von seriennahen Umrichtersystemen sowie von Leistungselektronik in Netzen. Diese gebündelten Kompetenzen setzen wir in vielfältigen Anwendungen ein, u. a. auf den Gebieten Photovoltaik, Energiespeicher, Ladeinfrastruktur für die Elektromobilität, Stromnetze, Bahn sowie Luft- und Raumfahrt. Auch unser akkreditiertes Testlab Power Electronics profitiert vom neuen Standort durch eine Erweiterung des abgedeckten Leistungsbereichs sowie des Umfangs der angebotenen Charakterisierungen und Prüfungen. Durch die vorhandene hochpräzise Leistungsmesstechnik können die elektrischen Eigenschaften der Prüflinge genauestens analysiert werden.
Analyse und Erprobung intelligenter Netze
Das Zentrum verfügt mit dem Digital Grid Lab über eine umfangreiche Ausstattung an intelligent vernetzten Energieanlagen. Wir können damit sowohl Einzellösungen als auch komplexere Systeme in einer realitätsnahen Umgebung erproben. Unsere Forschungsaktivitäten fokussieren dort auf Digitalisierung und intelligente Betriebsführung sowie auf nachhaltige Netze und verstärkte Sektorenkopplung.
