Projekt

JOANNEUM Power Electronics Center

 

Hocheffiziente Energieumwandlung und innovative Leistungselektronik für die Zukunft: Im JOANNEUM Power Electronic Center (JPEC) wird daran geforscht, den Energieverlust zwischen Kraftwerk und Steckdose mittels ultrakompakten Leistungselektronikkomponenten zu minimieren und so die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Stromtransports zu steigern.

Von der Erzeugung bis zur Steckdose wird elektrische Energie vielfachen Umwandlungen unterzogen, und jedes Mal geht dabei Energie verloren. Dadurch kommen zum Beispiel nur ca. 50 % der Energie aus einem Windkraftwerk bei den Endverbrauchern an. Die Verluste dieser Umwandlungen konnten in den letzten Jahrzehnten zwar kontinuierlich verringert werden, sie belaufen sich in Summe aber nach wie vor auf einen beträchtlichen Prozentsatz des weltweiten Stromverbrauchs.

Speichersysteme zum Ausgleich von zunehmenden Schwankungen – z. B. durch die Netzeinspeisung aus erneuerbaren Quellen – führen zu zusätzlichen Umwandlungsstufen, sodass der Einsatz von hocheffizienter Leistungselektronik umso dringlicher wird. Die mittlerweile vermehrt verfügbaren „Wide Band-Gap“-Leistungshalbleiter (basierend auf Gallium-Nitrid und Silicium-Carbid) ermöglichen deutlich höhere Wirkungsgrade bei gleichzeitig geringerem Bauvolumen. Für eine erfolgreiche Marktdurchdringung dieser energiesparenden Geräte bedarf es jedoch neben der erwarteten Preisreduktion auch noch einer Reihe von Lösungen in technischer Hinsicht.

Umfassende Optimierung von Leistungshalbleitern

Das JOANNEUM Power Electronics Center beschäftigt sich intensiv mit einem umfassenden Optimierungsansatz in Bezug auf Topologien, Filter (inklusive Elektromagnetischer Verträglichkeit, EMV), „Advanced Packaging“ und den zugehörigen dynamischen Regelungen auf Basis einer Kombination aus leistungsstarken Mikroprozessoren und konfigurierbarer Logik (FPGA). Das Design eines hocheffizienten Treiberchips für eGaN®-Transistoren soll schließlich den Ansatz zur umfassenden Schaltungsoptimierung ergänzen und zudem den Aufbau eines strategischen Schwerpunktes innerhalb der bestehenden Chip-Design-Gruppe fördern.

Demonstratoren in der Umsetzungsphase

In der Umsetzungsphase des als Research Studio Austria von der FFG geförderten JOANNEUM Power Electronic Centers werden dann Demonstratoren aufgebaut, die die praktische Anwendbarkeit der Konzepte, Simulationen und Designs unter Beweis stellen sollen. „Wir wollen natürlich langfristig an diesem zukunftsreichen Feld forschen. Und wir wollen zeigen, wie viel Energie eingespart werden kann und in Folge die Industrie überzeugen, in neue Technologien zu investieren und sie auf den Markt zu bringen“, sagt Projektleiter Christian Netzberger.