Robuste Leistungselektronik für Offshore-Windanlagen

6.11.2019

Gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung optimiert das Fraunhofer IZM die Lebensdauer und den Wartungsaufwand von Offshore- Windkraftanlagen.

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Offshore-Windparks sind eine tragende Energiequelle der Zukunft.

© Fraunhofer IZM / Volker Mai

Im Projekt KorSika wurde untersucht, wie sich der Einsatz von Sinter-Technologie auf die Korrosionsfestigkeit von Windkraftanlagen ausübt.

 

Im Rahmen der Energiewende nehmen Offshore- Windkraftanlagen aufgrund ihrer hohen Windausbeute eine tragende Rolle ein. Harsche Umweltbedingungen wie Wind, Wasser und Hitze verringern jedoch die Lebensdauer und erhöhen den Instandhaltungsaufwand. So sind Wartungsarbeiten bislang mit hohen Kosten sowie Gefahren verbunden und können nur in den Sommermonaten vorgenommen werden. Auch die Lieferung von Ersatzteilen ist kompliziert und teuer. Ziel der Projekte »AMWind« und »KorSikA« ist es daher, den Reparatur- und Wartungsaufwand maßgeblich zu reduzieren und die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern.

Zustandsüberwachung mit AMWind

Im Projekt AMWind (Autonomes Monitoring von Windkraftanlagen) werden Treiberplatinen zur kontinuierlichen und zuverlässigen Zustandsüberwachung leistungselektronischer Bauteile in der Anlage entwickelt. Die ca. 8 × 8 cm großen Platinen werden für jedes Leistungsmodul individuell hergestellt und eine vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM entwickelte Hardware wertet im Mikrosekunden- Takt die gemessenen elektrischen Parameter aus, die Aufschluss über die exakte Bauteiltemperatur geben.

Diese Daten sendet ein integrierter Mikro- Controller direkt an den Windparkbetreiber, sodass Wartungsarbeiten rechtzeitig und effizient geplant, sowie von weiteren Entfernungen und in harschen Umgebungen aber auch in den Wintermonaten gemessen werden können.

Belastungstests bei KorSikA

Im Lernprojekt KorSikA (Korrosionsfeste Sinterverbindungstechnologie für korrosionsgefährdete Anwendungen) wurden Materialverhalten, Korrosionseigenschaften und -empfindlichkeit silbergesinterter Verbindungen unter extremen Umweltbedingungen erprobt. Die Sinter-Technologie konnte zuvor in verschiedenen Testverfahren eine höhere Zuverlässigkeit erzielen als die bislang verwendeten gelöteten Schichten. Industrienah gefertigte Sinterschichten und -module wurden im Labor den zu erwartenden Temperaturschwankungen und Feuchtebelastungen bei einer realistischen Betriebsdauer von 40 Jahren unterzogen. Die entsprechenden Parameter wurden unter feldnahen Bedingungen innerhalb weniger Wochen simuliert. Anschließend wurden die Komponenten auf ihre Anfälligkeiten geprüft und somit die ganze Wertschöpfungskette im Testverfahren dargestellt.

Aus der Analyse entstanden Mission Profiles, die Fehlermechanismen detailliert beschreiben, dadurch Korrosionsprozesse genau vorhersagen und somit die Laufzeit der Anlagen erheblich verlängern können.

Das Fraunhofer IZM bringt in diese Projekte seine Expertise zu beschleunigten Lebensdauerprüfungen, speziellen Testmethoden, Werkstoffanaylse und Condition Monitoring mit ein.

 

 

Über die Projekte

 

AMWind wird von folgenden Unternehmen und Einrichtungen vorangetrieben:

• Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

• Siemens AG

• Infineon Technologies AG

• Technische Universität Berlin

• WindMW GmbH

• M&P Gruppe

Das Projekt läuft von November 2016 bis Januar 2020.

 

An KorSikA waren folgende Partner beteiligt:

• Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

• Dr. O.K. Wack Chemie GmbH

• Danfoss Silicon Power GmbH

• Siemens AG

• SEMIKRON Elektronik GmbH & Co KG

• Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG

• Forschungs- und Entwicklungszentrum Fachhochschule Kiel GmbH

Das Projekt wurde im April 2019 nach drei Jahren Laufzeit abgeschlossen.

 

Beide Projekte wurden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.