Siliziumkarbid-Leistungshalbleiter Smarter Transformator für das Stromnetz der Zukunft

Prof. Marco Liserre mit dem Prototyp des an der CAU Kiel entwickelten Smart Transformators.
Prof. Marco Liserre mit dem Prototyp des an der CAU Kiel entwickelten Smart Transformators.

Der Smart Transformator kann Mittelspannung in Niederspannung umwandeln – und das ohne hohe Energieverluste. Ein Prototyp wird auf der Hannover Messe präsentiert.

Beim schnellen Aufladen von Elektroautos wird kurzzeitig enorm viel Energie an Ladestationen benötigt. Solche Spitzenlasten führen zu Engpässen im Stromnetz und stellen eines der Hauptprobleme beim Ausbau der Elektromobilität dar. Damit die Energiewende gelingt, braucht es jedoch ein flexibles und verlässliches Stromnetz, das Schwankungen im Bedarf und in der Erzeugung von Energie ausgleicht.

Dabei könnte der Smart Transformator helfen, an dem die Arbeitsgruppe Leistungselektronik der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) forscht. Auf Basis von SiC-Leistungshalbleitern haben die Wissenschaftler einen Prototyp entwickelt, der den Stromfluss steuert. Genutzt werden könnte er nicht nur zur besseren Integration von Ladestationen ins Stromnetz, sondern auch in Rechenzentren oder für die Anbindung von Gleichstromnetzen.

»Die konventionelle Infrastruktur ist nicht für bidirektionale Stromflüsse ausgelegt«, erklärt Professor Marco Liserre, Professor für Leistungselektronik an der CAU. Der neue Smart Transformator könnte dazu beitragen, Strom bedarfsgerecht zu verteilen und so das Energienetz besser zu steuern. Damit ließe sich Überlastungen und Ausfällen entgegenwirken.

Modularer Aufbau des Smart Transfomators

Der Transformator, den Liserre gemeinsam mit seiner Arbeitsgruppe entwickelt hat, kann Mittelspannung ohne hohe Energieverluste in Niederspannung umwandeln. Zusätzlich ermöglicht er den Gleichstromanschluss. Dank seines modularen Aufbaus ist der Smart Transformator wartungsfreundlich und lässt sich einfach und kostengünstig für verschiedene Einsatzmöglichkeiten skalieren. Insbesondere in Rechenzentren und in der Flugzeugelektronik könnte er dazu beitragen, den Energiebedarf zu senken und die Sicherheit zu erhöhen.

Der Basisbaublock eines aktuellen Prototypens des intelligenten Kieler Transformators verbindet Niedrigspannungs-Gleichstrom, das heißt 800 V, mit Mittelspannungs-Wechselstrom von 2,6 kV (Line-to-Line) mit einer Leistung von 100 kW.

Entwickelt wurde der Transformator im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts HEART (Highly Efficient And Reliable smart Transformer), das seit 2014 an der CAU läuft.

Präsentation auf der Hannover Messe

Einen Teil des Prototypens stellen die Forscher auf der diesjährigen Hannover Messe (Halle 2, Research & Technology, Stand C07) zum ersten Mal vor. Prof. Marco Liserre stellt das Konzept des Smart Transformators am Dienstag, 24. April, um 12.00 und 15.00 Uhr vor Ort in einem Vortrag vor.