Ekip çalışması verimli dönüştürücüler yaratır

Kendi kendine yeterli enerji kaynaklarında enerji üretimi ve depolanması için kullanılan bileşenler dahili olarak doğru akımla (DC) çalışır. Ancak, alternatif akım (AC) yoluyla bağlanırlar. Gerekli doğrultma ve alternatif yönlendirme kayıplara neden olur ve gereksizdir. DC/DC dönüştürücüler bileşenlerin seviyesini çok daha verimli bir şekilde eşitler ve şu anda Fraunhofer IEE projesi MarrakEsH tarafından geliştirilmektedir.

Eskiden sektörler arasında net bir ayrım vardı: Bazıları tüketiciyken, diğerleri enerji üretiyordu. Bu katı kategorizasyonun ortadan kalkması, All Electric Society'nin getirdiği heyecan verici bir değişikliktir. Gelecekte enerji tüm sektörlerde depolanacak, üretilecek ve tüketilecektir - bu da merkezi olmayan çözümlerin anahtar kelime olduğu anlamına gelmektedir. Örneğin şu anda inşaat sektöründe çalışmalar devam ediyor.

Yenilenebilir enerjilere dayalı enerji tedarik sistemleri genellikle bir fotovoltaik sistem, bir batarya ve geleneksel şebekeye bir bağlantıdan oluşur. İkincisi, PV sistemi güç sağlamadığında ve batarya kapasitesi tükendiğinde enerji sağlar. Yenilenebilir enerjilere dayalı kendi kendine yeterli sistemlerde, şebeke bağlantısının hidrojen üretimi için bir elektrolizör ve hidrojenden elektrik üretmek için bir yakıt hücresi kombinasyonu ile değiştirilmesi uygundur.

Bu alandaki tüm sistemlerin özü, bileşenlerin dahili olarak doğru akımla çalışmasıdır. Ancak şimdiye kadar sistemler her zaman alternatif akım bağlantıları yoluyla birbirine bağlanmıştır.

Bu, sistemdeki elektriğin her zaman invertörler aracılığıyla yönetilmesi gerektiği anlamına gelir. Ayrıca, bu invertörlerin her birinin önünde DC gerilimini uygun bir seviyeye getiren bir DC/DC dönüştürücü bulunur.

Doğrultucular ve invertörlerin her biri belirli bir verimlilik kapsamına sahip olduğundan, enerji kaybedilir. Bu bileşenler de bu tür çözümlerin yüksek fiyatına katkıda bulunur. Bileşenleri doğrudan DC/DC dönüştürücüler aracılığıyla bağlamak ve tüketicilere giden hatta yalnızca tek bir invertör kurmak çok daha verimli olacaktır. Bu, elektrik enerjisinin dönüştürme olmadan bileşenler arasında çok daha verimli bir şekilde değiş tokuş edilebileceği ve aynı zamanda pahalı bileşenlerden tasarruf edilebileceği anlamına gelir.

Federal Ekonomi ve İklim Koruma Bakanlığı (BMWK) tarafından finanse edilen ve altı ortağın yer aldığı "H2teknolojisi ile modüler, rejeneratif ve kendine yeterli enerji tedariki projesi" (MarrakEsH) bu yaklaşıma adanmıştır: GKN HYDROGEN GmbH, Proton Motor Fuel Cell GmbH, Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG, Infineon Technologies AG, Bonn-Rhein-Sieg Uygulamalı Bilimler Üniversitesi (H-BRS) ve Fraunhofer Enerji Ekonomisi ve Enerji Sistemi Teknolojisi Enstitüsü (Fraunhofer IEE) bir araya gelmiştir.

İki MHz'e kadar anahtarlama frekansına sahip modern galyum nitrür güç yarı iletkenlerine dayalı bir DC/DC dönüştürücünün geliştirilmesi, işbirliğinin temel odak noktalarından biridir.

Sistemin tamamı GKN HYDROGEN'de geliştirilmekte olup, bu şirket ayrıca daha düşük maliyetlerle daha yüksek depolama kapasitesi sağlamak üzere tasarlanmış yeni bir metal hidrit tabanlı hidrojen depolama ünitesi de geliştirmektedir. Ayrıca, metal hidrit tabanlı hidrojen depolama sistemi daha yüksek çalışma sıcaklıklarında daha etkili bir şekilde boşaltılabilir. Proton Motor Fuel Cell'in projeye katkıda bulunduğu en yeni nesil yakıt hücreleri, bu depolama ünitesine en iyi şekilde uyarlanmıştır. Yakıt hücresinin termal kayıpları,_H2 depolama tankının metal hidrüründen hidrojeni çözmek için kullanılır.

H-BRS projeye iki katkı ile dahil olmaktadır: Bir yandan, elektrik enerjisi jeneratörleri, depolama sistemleri ve tüketiciler arasındaki enerji akışlarını en iyi şekilde kontrol eden ve aynı zamanda sistem atık ısısının verimli bir şekilde kullanılmasını sağlayan esnek, akıllı bir enerji yönetim sistemi geliştirilmektedir. İkinci olarak H-BRS, enerji jeneratörlerini ve depolama ünitelerini birbirine bağlayan DC/DC dönüştürücünün ölçekli bir laboratuvar modelini geliştirmektedir. Fraunhofer IEE'de Elektromobilite ve Elektrik Altyapısı Profesörü Dr. Marco Jung'un yorumladığı gibi: "Erken bir aşamada ilk ölçekli laboratuvar örneğinin geliştirilmesi ve incelenmesi sayesinde, MHz aralığındaki anahtarlama frekanslarından kaynaklanan zorlukları ve etkileri analiz edebiliyor ve değerlendirebiliyoruz. Bu testlerin sonuçları doğrudan ilgili göstericiye dahil edilir."

Bu demonstratör de Fraunhofer IEE tarafından geliştirilmektedir. İki MHz'e kadar anahtarlama frekansına sahip olan bu sistem, yakıt hücresi ve elektrolizörün kendi kendine yeterli enerji besleme sistemine bağlanması için bir arayüz oluşturur. Hedeflenen çok yüksek anahtarlama frekansı, çok kompakt DC/DC dönüştürücülerin gerçekleştirilmesini mümkün kılmaktadır.

Würth Elektronik eiSos gerekli manyetik bileşenleri sağlamaktadır. Infineon Technologies projeyi koordine ediyor ve güç elektroniği dönüştürücüleri için gerekli olan yüksek performanslı kontrolör donanımının yanı sıra silikon ve galyum nitrürden yapılmış güç transistörlerini tedarik ediyor. Proje kapsamında kontrolör yazılımı, dönüştürücülerin iki MHz'e kadar anahtarlama frekanslarında çalışmasını sağlayacak şekilde geliştirilmekte ve uyarlanmaktadır.