Nachhaltige und bezahlbare Lösungen zur autarkiefähigen Energieversorgung auf Basis von grünem Wasserstoff von Privathaushalten, kleinen Unternehmen oder kritischen Infrastrukturen – das ist das erklärte Ziel des Projekts „Modulare, regenerative und autarke Energieversorgung mit H2-Technik“ oder kurz „MarrakEsH“, Sechs Partner aus Forschung und Industrie arbeiten in diesem vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt seit Oktober 2023 zusammen.
Die Forschungspartner wollen dabei durch die direkte DC-Kopplung verschiedener Energieerzeuger und -speicher, wie Photovoltaik-Anlagen, Batterien und Brennstoffzellen die Effizienz und Leistungsdichte des Gesamtsystems erhöhen. Im Vergleich zu konventionellen Lösungen mit Wechselspannung könnten so die Kosten gesenkt werden. In dem Projekt soll daher ein DC/DC-Wandler auf Basis moderner Galliumnitrid-Leistungshalbleiter mit einer Schalfrequenz von bis zu 2 Megahertz entwickelt werden.
An dem Projekt „MarrakEsH“ sind die GKN Hydrogen GmbH, die Proton Motor Fuel Cell GmbH, die Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG, die Infineon Technologies AG, die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg und das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE beteiligt. Es läuft noch bis September 2026.
GKN Hydrogen wird in dem Projekt federführend für die Integration auf Gesamtsystemebene sein, um damit eine Industrialisierbarkeit der Lösungen zu ermöglichen, teilten die Projektpartner mit. Die neuartige Wandlerarchitektur soll dabei zu einer deutlichen Effizienzsteigerung des gesamten Systems führen. Darüber hinaus werde das Unternehmen eine neuartige Metallhydrid-basierte Wasserstoff-Speicher-Einheit optimieren Dabei geht es um die Erhöhung der Speicherkapazität, was wiederum die Kosten senken soll. Vorteil dieser Technologie: Die Wasserstoffspeicher können bei höheren Temperaturen effektiver entladen werden. „Durch das Projekt erhalten wir weitere, wichtige Erkenntnisse zum Verhalten unserer Speicher“, erklärte Gottfried Rier, CTO der GKN Hydrogen.
Proton Motor Fuel Cell wird indes eine neue Generation von Brennstoffzellen entwickeln, die auf die Metallhydrid-basierte Wasserstoff-Speicher-Einheit abgestimmt ist. Die thermischen Verluste aus der Brennstoffzelle sollen dabei genutzt werden, um den Wasserstoff aus dem Metallhydrid des Wasserstoff-Speichers zu lösen. Sebastian Goldner, CTO und COO von Proton, erklärt: „Durch diesen Ansatz lassen sich die einzelnen Teilsysteme eines solchen dezentralen Brennstoffzellen-Systems kleiner, leichter, effizienter und kostengünstiger herstellen, was eine dringende Voraussetzung für die Nutzung von Wasserstofftechnologien bei kleineren Leistungen darstellt.“
Aufgabe der Wissenschaftler der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg wird es sein, ein flexibles und intelligentes Energiemanagement zu entwickeln. Mittels Algorithmen sollen die Energieflüsse zwischen Erzeugern, Speichern und Verbrauchern gesteuert und die effiziente Nutzung der Systemabwärme sichergestellt werden. Desweiteren werden die Wissenschaftler ein skaliertes Labormuster eines Millihertz DC/DC-Wandlers entwickeln, der für die Kopplung der unterschiedlichen Erzeuger und Speicher erforderlich ist. „Durch die frühzeitige Entwicklung und Untersuchung eines ersten skalierten Labormusters können Herausforderungen und Effekte, welche durch die Schaltfrequenzen im MHz-Bereich auftreten, untersucht und bewertet werden“, erklärte Marco Jung, Professor für Elektromobilität und elektrische Infrastruktur und Leiter der Abteilung Stromrichter und elektrische Antriebssysteme am Fraunhofer IEE. „Die Ergebnisse dieser Untersuchungen fließen direkt in den entsprechenden Demonstrator ein, der am Fraunhofer IEE entwickelt wird.“ Diesen Demonstrator eines DC/DC-Wandlers mit einer Schaltfrequenz von bis zu 2 Megahertz wird das Fraunhofer IEE konzipieren. Er ist als Schnittstelle zur Anbindung von Brennstoffzelle und Elektrolyseur an das autarke Energieversorgungssystem gedacht.
Würth Elektronik wird bei dem Projekt die magnetischen Komponenten entwickeln, die für die leistungselektronischen Wandler zur Anbindung der Energiequellen und ‑speicher benötigt werden, hieß es weiter. „Durch die Verwendung geeigneter magnetischer Materialien und optimiertem Design werden der Materialaufwand und die Verluste der passiven induktiven Komponenten insgesamt minimiert und dadurch ihre Effizienz und Wirtschaftlichkeit erhöht“, sagt Cem Som, VP Würth Electronics Midcom Europe. Besonders herausfordernd seien dabei die angestrebte Leistungsklasse und die hohen Schaltfrequenzen. Die für die leistungselektronischen Wandler nötige Hochleistungs-Controller-Hardware sowie Leistungstransistoren aus Silizium und Galliumnitrid liefert Infineon.
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Millihertz ist ganz schön lahm. Das M in MHz steht doch für Mega, also für Millionen Schaltvorgänge pro Sekunde.
Danke für den Hinweis! Ist korrigiert.