MA – Entwicklung eines modularen galvanisch isolierenden Spannungswandlers

Anders als bei konventionellen Kraftwerken zeigt die installierte Leistung von erneuerbaren Energiequellen eine deutlich höhere Bandbreite. Dies liegt daran, dass beispielsweise Photovoltaikmodule als einzelne Einheit eine vergleichsweise geringe Leistung aufbringen, die Leistung einer komplette PV-Anlage jedoch nahezu beliebig hoch skaliert werden kann. Soll eine solche PV-Anlage über ein DC-Inselnetz mit Speichersystemen gekoppelt werden, so ist die Netzspannung zunächst frei wählbar. Sollen jedoch zusätzliche Lasten angeschlossen werden, so ergibt sich die Netzspannung aus der Anwendung. So werden Rechenzentren typischerweise mit 400 V versorgt, Industrienetze mit 650 V und Ladeparks mit bis zu 1,5 kV. Leistungselektronik kann jedoch typischerweise nur bei kleinen Variationen der Netzspannung bei höchster Effizienz betrieben werden. Gleichermaßen führt eine Überdimensionierung der Leistungselektronik zu einer deutlichen Reduktion der Effizienz im niedrigen Leistungsbereich.

Ziel dieser Masterarbeit ist es, verschiedene Netzspannungen und Leistungen durch geschickte Verschaltung von modularen Leistungselektronik-Bausteinen ohne Effizienzverluste abbilden zu können. Hierfür soll ein galvanisch isolierender modularer Wandler mit einem Eingangsspannungsbereich bis 400 V und einem Transformatorstrom bis 20 A auf Basis von Wide-Bandgap-Halbleitern ausgelegt, aufgebaut und untersucht werden. Der Transformator soll ebenfalls modular ausgeführt werden. Um eine volle Modularität zu ermöglichen, soll die Kommunikation zwischen den einzelnen Wandlerbausteinen auf einem notwendigen Mindestmaß gehalten werden.

Bearbeiter: Niklas Stöcklein

Betreuer: Raffael Schwanninger

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März