Týmová práce je pro efektivní konvertory

Komponenty pro výrobu a skladování energie v soběstačných zdrojích energie pracují interně se stejnosměrným proudem (DC). Jsou však propojeny střídavým proudem (AC). Nezbytné usměrnění a střídavý směr způsobují ztráty a jsou zbytečné. DC/DC měniče vyrovnávají úroveň komponent mnohem efektivněji a jsou nyní vyvíjeny v rámci projektu Fraunhofer IEE MarrakEsH.

Dříve existovalo jasné rozdělení mezi sektory: Některé sektory byly spotřebiteli, jiné vyráběly energii. Jednou ze zajímavých změn, které přinesla společnost All Electric Society, je zrušení této rigidní kategorizace. V budoucnu se bude energie skladovat, vyrábět a spotřebovávat ve všech odvětvích, což znamená, že klíčovým slovem jsou decentralizovaná řešení. V současné době probíhají práce například ve stavebnictví.

Systémy zásobování energií z obnovitelných zdrojů se obvykle skládají z fotovoltaického systému, baterie a připojení ke konvenční síti. Ten dodává energii v době, kdy fotovoltaický systém nedodává energii a kapacita baterie je vyčerpána. V případě soběstačných systémů založených na obnovitelných zdrojích energie je vhodné nahradit připojení k síti kombinací elektrolyzéru pro výrobu vodíku a palivového článku pro výrobu elektřiny z vodíku.

Podstatou všech systémů v této oblasti je, že komponenty pracují se stejnosměrným proudem. Doposud však byly systémy vždy propojeny pomocí střídavého proudu.

To znamená, že elektrická energie v systému musí být vždy řízena pomocí střídačů. Před každým z těchto měničů je navíc umístěn DC/DC měnič, který dodává stejnosměrné napětí na vhodnou úroveň.

Protože usměrňovače a střídače mají každý určitý rozsah účinnosti, dochází ke ztrátám energie. Tyto komponenty se také podílejí na vysoké ceně těchto řešení. Mnohem efektivnější by bylo propojit komponenty přímo pomocí DC/DC měničů a instalovat pouze jeden měnič na vedení ke spotřebičům. To znamená, že elektrická energie může být mezi součástmi vyměňována mnohem efektivněji bez nutnosti konverze a zároveň se ušetří drahé komponenty.

Tomuto přístupu se věnuje projekt "Modulární, regenerativní a soběstačné zásobování energií pomocí H2technologie" (MarrakEsH), který je financován Spolkovým ministerstvem hospodářství a ochrany klimatu (BMWK) a na němž se podílí šest partnerů: GKN HYDROGEN GmbH, Proton Motor Fuel Cell GmbH, Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG, Infineon Technologies AG, Vysoká škola aplikovaných věd Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS) a Fraunhoferův institut pro ekonomiku energie a technologie energetických systémů (Fraunhofer IEE).

Jedním z klíčových bodů spolupráce je vývoj DC/DC měniče založeného na moderních výkonových polovodičích na bázi nitridu galia se spínací frekvencí až 2 MHz.

Celý systém je vyvíjen ve společnosti GKN HYDROGEN, která navíc vyvíjí nový typ jednotky pro skladování vodíku na bázi kovového hydridu, která je navržena tak, aby poskytovala vyšší skladovací kapacitu při nižších nákladech. Kromě toho lze systém skladování vodíku na bázi kovových hydridů účinněji vypouštět při vyšších provozních teplotách. Nejnovější generace palivových článků, kterou do projektu přispívá společnost Proton Motor Fuel Cell, je optimálně přizpůsobena této skladovací jednotce. Tepelné ztráty palivového článku se využívají k rozpouštění vodíku z hydridu kovu v zásobníku_H2.

Společnost H-BRS se na projektu podílí dvěma příspěvky: Na jedné straně je vyvíjen flexibilní, inteligentní systém řízení energie, který optimálně řídí toky energie mezi generátory elektrické energie, akumulačními systémy a spotřebiči a také zajišťuje efektivní využití odpadního tepla systému. Za druhé, H-BRS vyvíjí zmenšený laboratorní model DC/DC měniče, který propojuje generátory energie a akumulační jednotky. Prof. Dr. Marco Jung, profesor elektromobility a elektrické infrastruktury ve Fraunhoferově institutu pro elektrotechniku a energetiku, k tomu říká: "Díky vývoji a zkoumání počátečního zmenšeného laboratorního vzorku v rané fázi jsme schopni analyzovat a vyhodnotit problémy a dopady, které vznikají při spínacích frekvencích v rozsahu MHz. Výsledky těchto testů jsou zapracovány přímo do příslušného demonstrátoru."

Tento demonstrátor zase vyvíjí Fraunhofer IEE. Díky spínací frekvenci až 2 MHz tvoří rozhraní pro připojení palivového článku a elektrolyzéru k soběstačnému systému zásobování energií. Velmi vysoká spínací frekvence umožňuje realizovat velmi kompaktní DC/DC měniče.

Společnost Würth Elektronik eiSos dodává potřebné magnetické komponenty. Společnost Infineon Technologies koordinuje projekt a dodává vysoce výkonný řídicí hardware potřebný pro výkonové elektronické měniče a výkonové tranzistory z křemíku a nitridu galia. V rámci projektu je vyvíjen a upravován firmware řídicí jednotky tak, aby měniče mohly pracovat při spínacích frekvencích až 2 MHz.