Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung des Laders und Aufbau eines Demonstrators" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Delta Energy Systems (Germany) GmbH durchgeführt. Ziel des Verbundprojektes ist die Optimierung und Erweiterung der E-Fahrzeug Komponente On-Board Lader. Um den Einsatz von Primärenergie zu minimieren, die Reichweite zu maximieren, sind ein minimales Gewicht bei einem maximalen Wirkungsgrad entscheidende Parameter von On-Board Ladern. Gleichzeitig ist die Leistungsdichte des Laders zu erhöhen, damit eine möglichst hohe Flexibilität für dessen Einbau resultiert. Es wird eine Gewichts- und Volumenreduktion von 20% gegenüber dem aktuellen technischen Stand angestrebt. Ein weiteres Projektziel ist die Erweiterung des Laders auf bidirektionalen Leistungsfluss. Durch die hierdurch mögliche Netzeinbindung der Fahrzeugbatterie kann der hohe Batteriepreis durch einen Zusatznutzen relativiert werden. Ein primärer Schlüssel zur anvisierten Volumen- und Gewichtsreduzierung ist die Erhöhung der Schaltfrequenz, was aus technischen Gründen aber nur durch eine Miniaturisierung der Schaltzellen erreicht werden kann. Daher soll in einem Pilotprojekt zunächst eine entsprechende HF-Schaltzelle (HF: Hoch-Frequenz) unter Verwendung neuartiger Schaltertechnologie entwickelt werden. Für eine solche Schaltzelle ist eine neue Aufbau- und Verbindungstechnik zu entwickeln. Zur Ermöglichung von bidirektionalem Leistungsfluss sollen in einem dritten Pilotprojekt geeignete Schaltungstopologien bestimmt und getestet werden. Mit dem Querschnittsprojekt 'Design Optimierung' soll unter Anwendung mathematischer Methoden zur numerischen Optimierung ein konkreter Aufbau des Laders zum Entwurfszeitpunkt optimiert werden. Das Querschnittsprojekt 'GaN Evaluierung' dient der Qualifizierung und Bereitstellung von GaN Halbleiterschaltern. Diese befinden sich in einem noch andauernden Entwicklungsstadium, sind jedoch zur Erzielung hoher Leistungsdichte mittels Schaltfrequenzerhöhung erforderlich. Die entwickelten Methoden sollen durch Demonstratoren verifiziert werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: GaN-Epitaxie und Technologie für Leistungswandler von Morgen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von United Monolithic Semiconductors GmbH durchgeführt. Ziel der UMS ist es, innerhalb des Projekts die zu erforschende Prozess-Technologie von Anfang an auf ihre industrielle Verwertung hin zu beurteilen und somit den beteiligten Wissenschaftlern von IAF und FBH eine entsprechende Rückmeldung zu geben. In dem vorliegenden Antrag ist die Rolle der UMS auf eine eher beratende Tätigkeit reduziert, um zum einen die Rückmeldung von einem erfahrenen Halbleiterhersteller sicherzustellen und dennoch den Spielraum der Forscher nicht zu sehr von rein ökonomische Fragestellungen wie Ausbeute etc. einzuengen. Die Beurteilung soll durch die Prozessierung erfolgversprechender Epi-Wafer bei der UMS erfolgen, wobei die Prozessierung nur einige Prozess-Schritte umfassen soll. Dabei soll die maximale Durchbruchspannung mit den Ergebnissen der Institute verglichen werden und dabei die Prozess-Kompatibilität betrachtet werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung einer MOCVD-Technologie für die industrielle Herstellung von GaN-basierten HV-Bauelementen für die Leistungselektronik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AIXTRON SE durchgeführt. 1. Vorhabenziel Ziel des Teilvorhabens ist die Erarbeitung einer MOCVD Anlagen- und prozesstechnologie für die Abscheidung von HEMT-Strukturen auf Si-Substraten in Multiwafer Anlagen. 2. Arbeitsplanung Der heutige Stand der GaN-Produktionstechnik ist die MOCVD von komplexen Bauelementstrukturen in 42x2 Zoll Planetenreaktoren. Nach der erfolgreichen Erforschung von MOVCD-Prozessen auf 14x100 mm Si-Substraten in einem neuen, vorhandenen MOCVD Reaktor, wird auch die Abscheidung auf 8x150 mm bzw. 5x200 mm etabliert und auf bis zu 1x300 mm Substraten evaluiert. Auf der Basis der erzielten Prozessergebnisse werden die Reaktoren hinsichtlich Reproduzierbarkeit der Ergebnisse und Ausbeute an 'guten' Wafern pro Abscheidung optimiert werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Robuste Aufbau- und Verbindungstechniken für GaN Leistungshalbleiter" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Robert Bosch GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel 'Sog. wide-band-gab Leistungshalbleiter sind für hohe Betriebstemperaturen (200 Grad C kleiner als Tjunction kleiner als 250 Grad C), schnelles Schalten und minimale Verluste in leistungselektronischen Anwendungen unabdingbar. Dabei ist eine Entscheidung der zueinander im Wettbewerb stehenden Leistungshalbleiterarten SiC und GaN noch offen. Für GaN spricht zum einen die Möglichkeit auf den sehr kostengünstigen Si-Wafern dargestellt zu werden. Allerdings werden ggü. den sog. vertikalen (bezügl. Stromtransport) Bauelemente dann typischerweise sog. laterale Bauelemente aufgebaut. Dies bedingt mehrere notwendige Anpassungen für die Aufbau- und Verbindungstechnik: Flip-Chip-artige Kontakte sind mit den hochtemperaturstabilen Verfahren Silbersintern oder alternativ Diffusionslöten darzustellen. Die Modulkonzepte in Ausrichtung auf Substrat und thermisches Management gilt es auf doppelseitige Fügekonzepte abzustimmen. Für die max. Robustheit müssen auch die Chip-Metallisierungen hierfür angepasst werden. Die Verifizierung über die Eignung erfolgt in verschiedenen Erprobungsroutinen, wie dem Power Cycling und unter passiven Temperaturwechsel. - 2. Arbeitsplanung - Wide-band-gap Leistungsschalter gehört die Zukunft für maximale Leistungsdichten und Wirkungsgrade. Dies zeigt sich in den Systemen Photovoltaik-Inverter oder für die Automobilen Anwendungen (EV,PHEV) Hochsetzsteller bzw. DC/DC, Charger und Inv. Daher sind die Systemadressaten Power Tec und GS-EH. Für die Entwicklung und die Fertigung leistungselektronischer Baugruppe ist AE zuständig.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung eines Demonstrators für PV-Anwendungen auf GaN Basis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik durchgeführt. Ziel des Verbundforschungsvorhabens GaN-HighPower ist es, die nächste Generation kostengünstiger, ressourcenschonender und effizienter Stromrichter für Photovoltaikanwendungen zu erforschen, wobei der Fokus auf Stringwechselrichtern mit größerer Leistung. Hierfür sollen Galliumnitrid (GaN) Halbleitermodule zusammen mit anwendungsorientiert stark verbesserten induktiven Bauelementen erforscht und erprobt werden. Bisher ist die Anwendung der GaN Technologie auf deutlich kleinere Leistungsbereiche beschränkt. Im Rahmen des Projekts soll der höhere Leistungsbereich durch anwendungsorientierte Forschung für die PV erschlossen werden. Leistungshalbleiter auf Basis von Galliumnitrid (GaN) bieten einen hohen Wirkungsgrad bei hohen Spannungen und hohen Schaltfrequenzen auf einem Niveau, das über den Fähigkeiten von Silizium-IGBT- und Siliziumkarbid-MOSFET (SiC) Leistungsschaltern liegt. Die Arbeiten des Fraunhofer IEE konzentrieren sich auf die Realisierung eines Demonstrators und optimierte Ansteuerverfahren für hohe Schaltfrequenzen um das Potential der neuen Technologie aufzuzeigen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Definition der Anforderungen und Erprobungen in PV - WR" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SMA Solar Technology AG durchgeführt. Das Projekt 'NeuLand' verfolgt das Ziel, Leistungsbauelemente mit höchster Energieeffizienz für den Massenmarkt kostengünstig zu realisieren. Die Grundlagen für die Realisierung des Vorhabens sind die Verbesserung der SiC-Grundmaterial Qualität und die Erforschung einer neuen Leistungselektronik-Technologie auf Basis hochsperrender GaN-Schichten, die auf kostengünstigen, großflächigen Si-Substraten abgeschieden werden. Das Teilvorhaben hat als Ziel, die Eignung dieser neuartigen Halbleiter-Bauelemente für den wirtschaftlichen Großserieneinsatz in Photovoltaik-Wechselrichter nachzuweisen. Hierfür müssen die Auswirkungen der neuen Eigenschaften der Bauelemente auf die Dimensionierung der Wechselrichter im Hinblick auf ein ganzheitliches Optimum untersucht werden, um daraus die applikationsspezifischen Anforderungen an die Bauelemente zu formulieren. Im Anschluss erfolgt die konkrete Dimensionierung auf Basis der realisierten Bauelemente. Abschließend wird das realisierte System durch geeignete Systemtests in Bezug auf Performance, Zuverlässigkeit und Lebensdauer qualifiziert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Konstruktion Modulwechselrichter" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AEconversion GmbH & Co. KG durchgeführt. Innovative Leistungselektronik innerhalb von Modulwechselrichtern ist sowohl in Bezug auf CIGS-Fassaden als auch für Silizium-Solarmodule ein wichtiger Ansatzpunkt, um die Photovoltaik als Technologie weiterzuentwickeln. Ziel des Projekts 'ModulWR-4' unter Koordination des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE ist es, eine neue Generation von Wechselrichtern auf Ebene der Solarmodule zu entwickeln. Anlagen bis zu einer Größe von maximal 16 Solarmodulen sollen demnach zukünftig auf modulintegrierte Elektronik zurückgreifen können. Durch verschiedene innovative Lösungsansätze sollen sowohl der Wirkungsgrad der integrierten Wechselrichter von bisher 93 bis 95 Prozent auf 96 Prozent gesteigert als auch die bisherigen Systemkosten auf unterhalb der üblichen 40 bis 50 Cent pro Watt reduziert werden. Solarmodulintegrierter Wechselrichter: Der neue Wechselrichter benötigt dabei kein eigenes Gehäuse mehr, da er stattdessen so flach realisiert wird, dass er auf der Rückseite des Solarmoduls mit einlaminiert werden kann. Dadurch entfällt auch die Notwendigkeit einer Erdung des Moduls. Um den Wechselrichter ausreichend flach und leicht zu konstruieren, werden bisher übliche Bauteile kritisch hinterfragt und ggf. ersetzt und der Aufbau wird neu überdacht. Unter anderem steht infrage, ob weiterhin ein Transformator eingesetzt werden soll. Die Projektpartner testen neuartige Halbleiter wie Siliziumkarbid oder Galliumnitrid und entwickeln ein neuartiges Passivkühlkonzept. Zunächst testen sie einzelne Elemente und deren Verknüpfung auf einer eigens entwickelten Testplattform, um diese Erfahrungen anschließend in den Aufbau eines Demonstrators einfließen zu lassen. Die neue Wechselrichtergeneration soll in der Lage sein, Blindleistung zu liefern und somit das Stromnetz zu stabilisieren. Zudem soll eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle zur Verfügung stehen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Gekoppelte Wickelgüter auf Basis von niederpermeablen Bandkernen: Möglichkeiten, Grenzen, Benchmark" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Köln, Institut für Automatisierungstechnik (IA) durchgeführt. Energie-, volumen-, gewichts- und kosteneffiziente Konverter im Netzparallelbetrieb zeigen neben den Halbleitern besondere Herausforderungen hinsichtlich optimierter, magnetischer Komponenten. Es sollen hoch performante, eisenbasierte, nanokristalline und niederpermeable Bandmaterialien für den Einsatz als Filterdrossel analysiert, getestet und validiert werden. Es wird ein Benchmark avisiert bei 35/48kHz sowie 140kHz Arbeitsfrequenz. Dabei werden bekannte, kostengünstige Lösungen auf Ferrit bzw. Pulververbundwerkstoff verglichen mit Drosseln auf Basis des niederpermeablen Bandmaterials, wobei eine Kostenreduktion nur mit einer signifikanten Reduktion des Volumens/Gewichts erreicht werden kann. Aufgrund der hohen Leistung werden zur Stromaufteilung für jede Netzphase zwei Inverterzweige vorgesehen. Eine magnetische Verkopplung der Drosselkerne ist hier möglich und bietet die Möglichkeit das Drosselvolumen insgesamt zu verkleinern. In den Benchmark aufgenommen werden magnetisch gekoppelte Drosseln a) auf Basis der genannten niederpermeablen Bandmaterialien sowie b) auf Basis von Materialkombinationen für Streu- und Hauptflusspfade, um ein Kostenoptimum gemeinsam mit den Partnern zu finden. Bei den Optimierungen werden ferner eine automatisiert fertigbare Aufbau- und Verbindungstechnik in enger Kooperation mit den Partnern berücksichtigt. Die diversen Drosseln werden für den Demonstrator zur Verfügung gestellt. Ziel dieses Teilvorhabens sind ferner validierte Gewichts-, Volumen-, und Effizienzmodelle der magnetischen Komponente. Ein Nebeneffekt bei Nutzung der Bandmaterialien besteht in der Eigenschaft dissipative Wirbelströme bei Frequenzen größer 200kHz auszubilden. Ziel des Projektes ist es diesen Effekt zu quantifizieren und zu schlussfolgern, wie stark das HF-EMV-Filter reduziert werden kann.
Das Projekt "Teilvorhaben: Charakterisierung von freistehenden GaN-Substraten durch elektrische Kenngrößen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von NaMLab gGmbH durchgeführt. Neue und verbesserte einkristalline Materialien für Leistungsbauelemente und Leuchtdioden bieten ein enormes Potential der Energieeinsparung. Um dies zu realisieren, ist es erforderlich, die Herstellung der 'Wide Bandgap' (WBG)-Kristalle kostengünstiger zu machen. Das Projekt adressiert die WBG Materialien: GaN und SiC. Für die Herstellung der WBG-Kristalle sind hohe Temperaturen und lange Prozesszeiten nötig. Die Reduktion des Energieverbrauchs je verwertbarem WBG Substrat ist ein wesentlicher Hebel für die Kostenreduktion. Verschiedene Materialdefekte (Kristallfehler) sowie weitere verfahrensbedingte Ursachen limitieren die Ausbeute an verwertbarem Kristallmaterial und begrenzen insbesondere verwertbare Kristalldurchmesser und -längen. Als Gesamtziel des Vorhabens soll ein besseres Verhältnis zwischen eingesetzter Energiemenge je Prozess und der Ausbeute an verwertbarem und qualitativ hochwertigem Kristallmaterial hergestellt werden. Dies bedeutet die Herstellung von längeren WBG-Kristallen, bzw. Kristallen mit größerem Durchmesser oder parallel mehr WBG-Kristallen pro Prozess. Gleichzeitig, im Falle des GaN müssen für die Herstellung alternative Keimsubstrate entwickelt und eingesetzt werden um diese Ziele zu erreichen. Für die beiden WBG-Materialien werden technologische Wege erarbeitet, die nutzbare Kristallausbeute zu erhöhen, möglichst lange Kristalle herzustellen, den Kristalldurchmesser zu vergrößern oder für GaN einen Mehrfach-Prozess zu entwickeln sowie die Keimherstellung zu verbessern. Dieses Teilprojekt umfasst die Charakterisierung von freistehenden GaN Substratwafern. Hierzu werden besondere Bauelement-Teststrukturen entwickelt und hergestellt, aus deren elektrischer Kenngrößen die Qualität der freistehenden GaN Kristallwafer bewertet wird.
Das Projekt "UniCharge: Innovationen für eine nachhaltige Mobilität - Universelles, bidirektionales und kostenoptimiertes On-board-Ladegerät für die Zukunft der Elektromobilität" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RAFI GmbH & Co. KG durchgeführt. Effiziente und kompakte On-Board-Charger (OBCs) sind zentrale Elemente in elektrifizierten Fahrzeugen und dienen zur Ladung der Batterie aus dem Versorgungsnetz, indem sie den Wechselstrom des Versorgungsnetzes in eine zur Ladung der Batterie geeignete Gleichspannung umsetzen. Grundsätzlich kann man diese Funktionalität auch in der Ladeinfrastruktur unterbringen und so das Fahrzeug direkt mit einer passenden Gleichspannung versorgen. Technisch ist das attraktiv, da derartige DC-Ladepunkte eine höhere Ladeleistung und damit kürzere Ladezeiten zulassen. Allerdings werden DC-Ladesäulen in der Minderheit bleiben, da sie kräftige Anschlüsse an das Versorgungsnetz erfordern und aufgrund der nötigen Leistungselektronik sehr viel teurer sind, weshalb sie für viele Anwender gerade im Privatbereich nicht in Betracht kommen. Aus diesem Grund ist die große Masse der Ladepunkte viel einfacher aufgebaut und stellt eine direkte Verbindung zum 400.V - Niederspannungsnetz her. Die Umsetzung in eine für die Batterie geeignete Gleichspannung muss dann vom im Fahrzeug installierten OBC erfolgen. Dabei gelten aber besondere Anforderungen an Baugröße, Gewicht und Kosten. Gesamtziel des Vorhabens ist die Erforschung sowie Realisierung einer universellen Ladeelektronik für elektrifizierte Fahrzeuge, welche durch den Einsatz der neuen Wide-Bandgap (WBG)-Halbleiter (Siliziumkarbid sowie Galliumnitrid), einer neuen schnellen digitalen Controller-Plattform sowie neuen Schaltungstopologien einen effizienten, bidirektionalen und intelligenten Energietransfer ermöglichen soll. Durch die technischen Zielsetzungen einer 1-phasigen und 3-phasigen Funktionalität in Verbindung mit einem sehr weiten bedienbaren Spannungsbereich für die Batterie sind die Einsatzgebiete und Fahrzeugmodelle vielfältig sowie die meisten länderspezifischen Anforderungen aus den jeweiligen Stromnetzen erfüllbar.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 102 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 102 |
| License | Count |
|---|---|
| offen | 102 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 102 |
| Englisch | 4 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 25 |
| Webseite | 77 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 38 |
| Lebewesen & Lebensräume | 26 |
| Luft | 58 |
| Mensch & Umwelt | 102 |
| Wasser | 16 |
| Weitere | 99 |