Verbesserung der DC-Stromqualität, Reduzierung der Systemkosten: Fraunhofer-Forscher haben eine neue Generation von Gleichrichtern für Wasserstoff-Elektrolyseure entwickelt.

 

Die Herstellung von Wasserstoff ist kostspielig, das größte Sparpotenzial liegt in der Stromversorgung. Bei Elektrolyseuren sehen Fachleute solches Potenzial vor allem in der Stromrichter-Technologie. Dies war Thema des Projektes „HyLeiT“ des Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE), das vor vier Jahren startete und nun zu Ende gegangen ist. In Zusammenarbeit mit den Unternehmen SMA Solar Technology und Infineon Technologies, der Technischen Universität Dresden und der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg habe man neuartige Stromrichter entwickelt, die für geringere Systemkosten und eine Verbesserung der DC-Stromqualität sorgen, teilt das IEE mit.

Die neuen Gleichrichter basieren nach Angaben von IEE-Projektkoordinator Norbert Henze auf Transistortechnologien. „Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen können durch die hier entwickelten Siliziumkarbid-Gleichrichter die Anforderungen hinsichtlich Netzintegration mit deutlich geringerem Aufwand erfüllt werden“, berichtet er. In zwei parallelen Entwicklungspfaden seien Labormuster für modulare Stromrichter mit circa 200 kW und 2 MW entstanden. „Diese Gleichrichter haben nicht nur eine höhere Leistungsdichte, sondern auch verbesserte Flexibilität und Effizienz“, sagt der Fraunhofer-Wissenschaftler.

Modelle für Netzintegration

Um die Einbindung von Elektrolyseanlagen in das Stromnetz zu studieren, entwickelten die Forschenden „echtzeitfähige dynamische Modelle“. „Diese Werkzeuge ermöglichen es uns, die Interaktion zwischen Elektrolyseuren und dem Stromnetz realitätsnah zu untersuchen und unsere neu entwickelten Gleichrichter zu optimieren, was entscheidend für die systemgerechte Integration und die Stabilität des Netzes ist“, erklärt IEE-Netz-Experte Philipp Strauß.

Größen wie Spannung, Strom sowie Massen- und Wärmeflüsse ließen sich auf der Basis der Simulation mikroskopischer Zustandsgrößen der elektrochemischen Zellen über einen weiten Betriebsbereich präzise vorhersagen, so das Fraunhofer-Institut.

Ralf Juchem, Projektleiter im SMA Innovation Center, verspricht sich von den Projektergebnissen, „die Kostenvorteile und die Netzdienlichkeit der Großserien-PV/Batterie-Wechselrichter-Plattformen sehr viel umfassender als bisher auch für Elektrolysestromrichter zu erschließen“. Darüber hinaus seien funktionale Fortschritte hinsichtlich Systemintegration, Anlagenbetrieb und Sicherheit der Stromversorgungstechnik für Elektrolyseanlagen erzielt worden.

„Diese Entwicklungen sind entscheidend, um die Effizienz und Zuverlässigkeit der Wasserstofferzeugung weiter zu steigern und somit einen wesentlichen Beitrag zur Umsetzung der nationalen Wasserstoffstrategie zu leisten“, sagt er. Entwicklungen zur Serienreife der Stromrichterlösungen sollen folgen.