SwiSS-Transformer

Für die zukünftige Elektrizitätsversorgung entwickelt ein interdisziplinäres Forschungsteam einen dynamischen Transformator und analysiert seine Anwendungen im Stromnetz.

Zwei Niederspannungsnetze in der Innenstadt von Rheinfelden AG (rot und blau). Die Säulen geben an, wieviel Photovoltaik-Leistung installiert werden kann, wenn ein leistungselektronischer Trafo eingesetzt wird.

Technologien

Transformatoren, Leistungselektronik, Silizium-Karbid, Halbleiter, Energiewende

Ziele

Technologieentwicklung für einen neuen Silizium-Karbid (SiC) basierten Solid-State Transformator (SST) und Analyse seiner Anwendungsmöglichkeiten im Schweizerischen Stromnetz.

Ausgangslage

In Zukunft werden grössere Mengen an Energie aus stark fluktuierenden Quellen - hauptsächlich von Wind- und Solarkraftwerken - ins Stromnetz eigenspeist werden. Dies stellt die regionalen Verteilnetze vor Herausforderungen bezüglich Spannungsbandhaltung und Überlastung von Leitungen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen, vorwiegend aus Eisen und Kupfer bestehenden Trafos, können neuartige leistungselektronische Transformatoren elektrische Grössen wie Spannung und Blindleistung dynamisch regulieren und dadurch die Netze entlasten.

Ergebnis

Der innovativen Technologie liegt ein neuartiges Halbleitermaterial zugrunde: Die für die Funktion des Trafos entscheidenden Schalterelemente bestehen aus Silizium-Karbid (SiC). Im Vergleich zu dem aus der Mikroelektronik bekannten Silizium, ermöglicht SiC wesentlich kompaktere und energieeffizientere leistungselektronische Systeme.

Die Technologien zur Herstellung von SiC-Bauelementen liefern das Paul Scherrer Institut (PSI) und die École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL). An der ETH Zürich werden parallel dazu Schaltungs- und Modulationskonzepte entwickelt sowie ein funktionsfähiges Demonstratorsystem erstellt.

Das Gesamtprojekt wird am Institut für Elektrische Energietechnik der FHNW koordiniert. Hier werden auch die Anwendungsmöglichkeiten der neuen Trafo-Technologien im Rahmen der Schweizer Energiestrategie 2050 untersucht. Durch Simulationen werden ihre konkreten Auswirkungen in einem realen Verteilnetzgebiet mit über 100 Transformatoren ermittelt. Weiter werden die ökologischen Fussabdrücke der verschiedenen Technologien im Kontext ihrer Anwendungen bestimmt und Empfehlungen für Hersteller und Anwender ausgesprochen.