Dezentrales brennstoffzellenbasiertes Energieversorgungssystem für den stationären Bereich in der Klasse 20 kW: Teilprojekt "Wechselrichter und Batterieumrichter"

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden die wissenschaftlichen Grundlagen für den Aufbau einer brennstoffzellenbasierten Energieversorgungsanlage mit 20 kW elektrischer Leistung untersucht und Lösungen für eine praktische Umsetzung erarbeitet. Diese Aufgabe schließt sowohl die Topologie und Bauelementeauswahl für den Umrichter der Brennstoffzelle und der Batterieanlage, als auch den Wechselrichter für Ankopplung an das Netz ein. Als Grundkonzept für die Anordnung der Wandler wurde die im Bild gezeigte Anordnung gewählt.Ein weiteres Ziel dieses Teilprojektes ist die simulationstechnische Untersuchung der erforderlichen Funktionseinheiten der Steuerungssoftware für die leistungselektronischen Komponenten in der Anlage. Hierbei wird ein besonderer Schwerpunkt auf die Analyse der Netzbelastung mit verschiedenen Steueralgorithmen gelegt. Die Kopplung zwischen Brennstoffzelle und Versorgungsnetz soll durch einen Umrichter und einen Wechselrichter erfolgen. Der erste Entwurf des genannten Umrichters bestand aus einem Hochsetzsteller mit geteilter Drossel, der eine galvanische Verbindung zwischen Brennstoffzelle und Wechselrichter aufweist. Gegenwärtig wird ein potentialtrennender Wandler mit ähnlichen elektrischen Eigenschaften wie denen des Hochsetzstellers entworfen und aufgebaut.Bestandteil der Anlage ist aber auch eine Batterieanlage, um Lastspitzen, Spannungseinbrüche des Netzes und Anregelzeiten der Brennstoffzelle überbrücken zu können. Zu untersuchen sind hier Fragen einer optimalen Regelung der in das Netz einzuspeisenden Leistungsanteile aus Brennstoffzelle und Batterie (Lastmanagement). Dazu werden zunächst verschiedene Topologien mit gegenwärtig verfügbaren leistungselektronischen Bauelementen modelliert und anschließend simuliert. Ein Prototyp für den ausgewählten bidirektionalen DC/DC-Wandler befindet sich gegenwärtig im Aufbau.Ferner wird der Wechselrichter neben seiner Energieeinspeisefunktion auch die Netzqualität am Einspeisepunkt durch Blindleistungskompensation verbessern. Spezielle Software für diese Aufgabe wird erstellt. Die bisherige Steuerung des Netzwechselrichters durch einen Mikroprozessor wird derzeit auf ein leistungsfähiges DSP-Steuerungssystem umgestellt.Nach der Realisierung der einzelnen leistungselektronischen Topologien und ihrer individuellen Regelschaltungen wird das Zusammenspiel innerhalb der Anlage steuer- und regelungstechnisch untersucht und optimiert unter Berücksichtigung der übergeordneten Steuerstrategie der Systemsoftware.