Forschen für die Energiewende Fraunhofer eröffnet neues Zentrum für Leistungselektronik

Forschungen wie hier an einer Solarzelle in einem Labor des Fraunhofer ISE werden im neuen Zentrum intensiviert.
Forschungen wie hier an einer Solarzelle in einem Labor des Fraunhofer ISE werden im neuen Zentrum intensiviert.

Im Energiesystem der Zukunft erzeugen viele kleine Anlagen und Kraftwerke Strom für Industrie und Haushalte. Dazu wird auf allen Ebenen Leistungselektronik benötigt. Um die Forschung in dem Bereich voranzutreiben, geht das Fraunhofer ISE neue Wege.

Am 4. Juli 2019 eröffnete das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) sein neues Forschungszentrum für Leistungselektronik und nachhaltige Netze in Freiburg. Mit einem eigenen 110-kV-Anschluss und einer Leistung von 40 MVA steht die Forschung an neuen Komponenten und Systemen für die Leistungselektronik im Fokus. Gerade Silizium-Karbid- und Gallium-Nitrid-basierte Halbleiter sind zunehmend gefragt. »Wir benötigen neuartige Komponenten und Funktionen, damit Wechselrichter die Stromnetze der Zukunft zuverlässig und sicher regeln und stabilisieren können«, erklärt Prof. Hans-Martin Henning, Leiter des Fraunhofer ISE.

Erforscht werden des Weiteren neue Netzdienstleistungen, insbesondere hinsichtlich der Stabilität von zukünftigen wechselrichterbasierten Netzen. Auch Prüfverfahren zur Netzdienlichkeit von Wechselrichtern, beispielsweise zur Spannungs- und Frequenzhaltung, stehen im Fokus der Forschungen. Weitere Schwerpunkte sind die aktive Bekämpfung von Resonanzen in Kraftwerken und Stromnetzen sowie die spannungsbildenden Eigenschaften von Wechselrichtern.

Einen Kleinstadt im Labor

Insgesamt 3.000 m2 mehr Laborfläche bedeutet der Neubau in Freiburg. Fünf Labore werden dabei die Forschungsarbeit abdecken:

  • Power Converters Lab
  • Medium Voltage Lab
  • Multi-Megawatt Lab
  • Digital Grid Lab
  • Test Lab Power Electronics

Im Power Converters Lab werden Systeme für den Niederspannungsbereich wie für PV-Anlagen, Batterien, Elektromobilität und Luftfahrt entwickelt. Im Medium Voltage Lab wird Leistungselektronik für den Mittelspannungsbereich entwickelt und getestet. Ein speziell eingerichtetes Labor ermöglicht den Betrieb von Mittelspannungssystemen mit einer Leistung bis zu 20 MVA. Im Multi-Megawatt Lab ermöglichen verschiedene Prüffelder den Betrieb von bis zu 10 MVA und 1.000 V – zum Beispiel Windkraft-Anlagen, große Batteriespeicher oder Blockheizkraftwerke. Die insgesamt anliegende Leistung von 40 MVA entspricht der Anschlussleistung einer Kleinstadt von etwa 50.000 Einwohnern. Das Zentrum verfügt dabei über einen eigenen Forschungsanschluss, der komplett vom Netz des umliegenden Industriegebiets getrennt ist.

Ergänzt wird die Infrastruktur durch das noch im Aufbau befindliche Digital Grid Lab für Simulationen von Lastprofilen und Energiemanagementsystemen, das im Hauptgebäude des Fraunhofer ISE als Weiterentwicklung des heute dort beheimateten Smart Energy Lab entsteht.

Forschen für den Netzausbau

Mit dem Testlabor Power Electronics führt das ISE am neuen Standort Entwicklung, Tests, Ertüchtigung und Zertifizierung von Komponenten und Systemen bis in den Multimegawatt- und den Mittelspannungsbereich durch. Eine spezielle »Over and Under Voltage Ride Through«-Anlage erlaubt die dynamische Variierung der Spannung. Damit können Über- oder Unterspannungen simuliert oder Situationen mit besonderen Netzimpedanzen nachgebildet werden. Außerdem können Transformatoren und Aggregate zu Mikro-Grids zusammengeschaltet und getestet werden.

Für das Vorhaben wurden vom Bund rund 10 Millionen Euro zur Verfügung gestellt. Das Fraunhofer ISE investierte weitere 5 Millionen Euro in das neue Labor.