Untersuchung neuartiger Halbleiter zur effizienten Energiewandlung in energieautarken Gebäuden

Problemstellung

Die Schnittstelle für die Erzeugung, Wandlung, Verteilung und Speicherung von Energie bilden leistungselektronische Wandler, deren wichtigste Bestandteile Halbleiterschalter sind. Widebandgap-Halbleiter auf Basis von SiC oder GaN ermöglichen enorme Verbesserungen der Effizienz bzw. Leistungsdichte. Daher soll der Einsatz dieser neuartigen Halbleiter für die folgenden elektrischen Wandler-Anwendungen in energieautarken Gebäuden untersucht werden:
• Photovoltaik: Solarzelle ? Versorgungsnetz
• Anbindung von Elektrofahrzeugen (Laden Batterie/Versorgung des Gebäudes aus der Batterie): Batterie ? Versorgungsnetz
• DC-Ladegeräte: Versorgungsnetz ? Ladespannung Gerät
Applikationsspezifisch treten dabei unterschiedliche Spannungsklassen auf, für die es gilt die geeignetsten Halbleiter und Schaltungstopologien zu wählen. Der Wirkungsgrad der Wandler hängt von der Lastsituation ab. Insbesondere im Teillastbereich werden Verbesserungen durch moderne Halbleiterschalter erwartet. Des Weiteren müssen für diese neuen Halbleitertechnologien passende Ansteuer- sowie Schutzbeschaltungen entwickelt werden.

Zielsetzung

Das Ziel des Promotionsthemas ist es, diese neuartigen Halbleiterschalter für Anwendungen in energieautarken Gebäuden zu charakterisieren und effiziente Wandlerschaltungen zu entwickeln. Die Rolle von Einflussgrößen wie Spannung, Strom, Temperatur und Aufbauinduktivität auf Verluste und Kurzschlussfestigkeit soll dabei ermittelt werden. Daraus abgleitet sollen innovative Ansätze zur intelligenten Ansteuerung und zum Schutz der Halbleiterschalter entwickelt werden. Die Verifikation soll mit Hilfe von Simulation und skalierten Laboraufbauten erfolgen