Am Verbundprojekt der Stromrichter-Entwicklung für Elektrolyseure waren neben dem Fraunhofer IEE die SMA Solar Technology, Infineon Technologies, die TU Dresden und die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg beteiligt. Das Projekt HyLeiT zielte auf drei Bereiche ab: Systemkostenreduktion, Verbesserung der DC-Stromqualität und Netzstabilität. Die entwickelten Systeme erfüllen die Netzanschlussrichtlinien für Elektrolyseure.
Die Stromrichter nutzen Siliziumkarbid-Leistungshalbleiter statt konventioneller Technologien. Das Institut entwickelte zwei Prototypen: einen 200-Kilowatt-Gleichrichter und einen 2-Megawatt-Gleichrichter. Der 200-kVA-Prototyp erreicht eine gravimetrische Leistungsdichte von 2,1 Kilowatt pro Kilogramm.
„Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen können durch die entwickelten Siliziumkarbid-Gleichrichter die Anforderungen hinsichtlich Netzintegration mit geringerem Aufwand erfüllt werden“, sagte Dr. Norbert Henze, Projektkoordinator am Fraunhofer IEE. Die Gleichrichter weisen eine höhere Leistungsdichte auf als bisherige Systeme.
Innenansicht des Elektrolyseur-Teststandes (© Greenlight Innovation Corp., Kanada)
Echtzeitfähige Modelle simulieren Elektrolyse-Stacks
Das Team entwickelte dynamische Modelle für Elektrolyseanlagen und baute eine Hardware-in-the-Loop-Prüfumgebung auf. Die Modelle simulieren elektrochemische Prozesse auf mikroskopischer Ebene und berechnen makroskopische Größen wie Spannung, Strom, Massen- und Wärmeflüsse.
„Diese Werkzeuge ermöglichen uns, die Interaktion zwischen Elektrolyseuren und dem Stromnetz zu untersuchen und die Gleichrichter zu optimieren„, erklärte Philipp Strauß, Bereichsleiter für Netzstabilität und Stromrichtertechnik am Fraunhofer IEE. Die Forscher ermitteln die Parameter für das elektrochemische Modell im Labor des Fraunhofer IEE.
SMA nutzt Plattformen aus PV- und Batterietechnik
SMA Solar Technology adaptiert Großserienplattformen aus der Photovoltaik- und Batterie-Wechselrichter-Technik für Elektrolysestromrichter.
„Damit erschließen wir die Kostenvorteile und die Netzdienlichkeit der Großserien-Plattformen für Elektrolysestromrichter“, sagte Dr. Ralf Juchem, Projektleiter für HyLeiT im SMA Innovation Center.
Die Systeme bieten Funktionen für Systemdienstleistungen zur Netzstabilisierung. Elektrolyseure können so als flexible Netzkomponenten arbeiten und auf fluktuierende Einspeisung aus erneuerbaren Energien reagieren.
Die Technologie richtet sich an energieintensive Industrieprozesse sowie an Mobilität und Verkehr. Potenzielle Einsatzfelder sind Schwerlastverkehr und Luftfahrt. Das Fraunhofer IEE arbeitet an der Weiterentwicklung zur Serienreife. Ziel ist die Integration in Netze mit hohem Anteil erneuerbarer Energien.
