Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZMDas Ziel des Projekts power4re war die Entwicklung von wirksamen Lösungen zur Steigerung der Zuverlässigkeit und Robustheit von Umrichtern zur dezentralen elektrischen Energiewandlung.
Die zur Netzeinspeisung genutzten Wechselrichter in Solarparks bzw. Frequenzumrichter in Windenergieanlagen (im Folgenden vereinfachend: Umrichter) sind besonders herausfordernden Betriebs- und Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Sie zählen heute zu den am häufigsten ausfallenden Anlagenkomponenten und verursachen so zum Teil beträchtliche Kosten. Orientiert an den hohen Anforderungen dieser beiden Anwendungen wurden in power4re Material-, Verfahrens- und Strukturoptimierungen sowie Schutzkonzepte für Umrichterkomponenten entwickelt. Im Fokus standen dabei die anwendungsspezifischen Schwachstellen, die aus umfassenden Felddaten- und Schadensanalysen ermittelt wurden und deren – oft durch die Kombination von klimatischer und elektrischer Belastung bewirkte – Ausfallmechanismen im Rahmen des Projektes detaillierter erforscht wurden. Dazu standen dem Konsortium als Alleinstellungsmerkmale ein einzigartiger Felddatenbestand aus der Windenergie-Anwendung, Defektkomponenten und der Zugang zu Photovoltaik- und Windenergieanlagen für Feldmessungen zur Verfügung. Im Projekt wurden zudem geeignete Testverfahren zur Bewertung von Materialien, Designmodifikationen und Schutzkonzepten sowie zur Absicherung der Komponentenzuverlässigkeit erarbeitet.
Ein hohes disruptives Potenzial liegt in der Entwicklung einer auf relevante Ausfallmechanismen der Treiber-PCBs fokussierten Zustandsüberwachung. Die entwickelte Methode, die Kammstrukturen als Zustandsindikatoren (Canaries) zur Detektion feuchte- und feldinduzierter Degradation verwendet, kann mit minimalen Zusatzkosten und Platzbedarf auf dem Treiber-PCB integriert werden. Hierdurch können beginnende Schädigungen frühzeitig erkannt und die bislang auf eine Run-to-failure-Strategie beschränkte Instandhaltung der Umrichter durch vorbeugende Wartung ersetzt werden, um so das Risiko für Folgeschäden und ungeplante Stillstandzeiten zu reduzieren.
Projektlaufzeit: 01.03.2020 - 30.11.2023
Gefördert durch: Fraunhofer Gesellschaft
Projektpartner: Fraunhofer IWES, Fraunhofer IISB, Fraunhofer IMWS, Fraunhofer ISE