TY - THES

T1 - Charakterisierung der Leistungselektronik für die elektrische Netzkopplung eines SOFC Systems

AU - Prikoschnig, Philipp

N1 - gesperrt bis 19-06-2023

PY - 2018

Y1 - 2018

N2 - In Zukunft wird die Weltbevölkerung immer mehr Energie für ihren „Energiewohlstand“ benötigen. Um die dafür benötigte Energie bereitzustellen und gleichzeitig die Umwelt zu schonen, wird daher vermehrt auf erneuerbare Energieträger gesetzt. Doch trotz aller Bemühungen gibt es zurzeit, Situationen in der die Deckung dieses Energiebedarfs mit Erneuerbaren nicht gewährleistet werden kann. Daher wird noch stark auf fossile Energieträger gesetzt, die dafür jedoch möglichst effizient genutzt werden sollen. Ein SOFC System bringt eine sehr hohe Energieeffizienz mit sich und kann zusätzlich sowohl mit Erdgas aber auch mit Wasserstoff aus erneuerbaren Energien betrieben werden. In dieser Arbeit liegt der Schwerpunkt darin, die elektrische Leistung die durch eine funktionierende 5 kW SOFC Anlage entsteht, bedarfsgerecht einsetzen zu können und in das elektrische Netz einzuspeisen. Diese Aufgabenstellung erscheint am ersten Blick als sehr einfach, da bereits Photovoltaikanlagen in diesem Leistungsbereich mit dem elektrischen Netz einfach gekoppelt werden. Auf Grund der speziellen Parameter der SOFC Anlage, bei der das System einen sehr hohen Strom bei einer verhältnismäßig niedrigen Spannung produziert, sind jedoch herkömmliche Wechselrichter für eine Einbindung in das elektrische Netz nicht nutzbar. Die meisten Wechselrichter können in diesem niedrigen Spannungsniveau nicht bei voller Leistung arbeiten. Daher ist es notwendig einen geeigneten DC/DC Wandler für diese Schaltung zu finden, um die Parameter des SOFC Systems für den Wechselrichter ideal aufzubereiten. Durch diese Anpassung der Parameter ist es möglich, einen herkömmlichen Photovoltaikwechselrichter für die elektrische Einspeisung zu verwenden. Dieses Einspeisekonzept soll jedoch möglichst effizient und dynamisch arbeiten, um minimale Verluste bei der Einspeisung zu erzeugen. Des Weiteren ist es wichtig, dass das System im Stande ist, eine hohe Spannungs- und Stromqualität an das Netz zu liefern und keine zusätzlichen Verzerrungen zu erzeugen. Nachdem der prinzipielle Aufbau des Einspeisekonzeptes kreiert wurde, soll das Gesamtsystem für einen optimalen Betrieb der internen Versorgungsgeräte erstellt werden. Dabei soll neben einer sehr effizienten Nutzung, der zur Verfügung stehenden Energien, auch die Möglichkeit eines Inselbetriebes untersucht werden. An dieser Stelle wurden unterschiedliche Konzepte gegenübergestellt und anhand der möglichen Betriebsstrategien aufgegliedert. Dadurch ist zu erkennen, dass es sowohl Einschränkungen im Bereich der maximalen Ausgabeleistung, aber auch auf Grund des Betriebsmodus gibt. Auf diese Weise ergeben sich mehrere Lösungen, die für dieses Konzept eingesetzt werden können, wobei die Abwägung zu treffen ist, ob es wichtiger ist, den Eigendeckungsgrad der Anlage zu steigern, oder konstant mehr als 5 kW elektrische Leistung in das elektrische Netz zu liefern.

AB - In Zukunft wird die Weltbevölkerung immer mehr Energie für ihren „Energiewohlstand“ benötigen. Um die dafür benötigte Energie bereitzustellen und gleichzeitig die Umwelt zu schonen, wird daher vermehrt auf erneuerbare Energieträger gesetzt. Doch trotz aller Bemühungen gibt es zurzeit, Situationen in der die Deckung dieses Energiebedarfs mit Erneuerbaren nicht gewährleistet werden kann. Daher wird noch stark auf fossile Energieträger gesetzt, die dafür jedoch möglichst effizient genutzt werden sollen. Ein SOFC System bringt eine sehr hohe Energieeffizienz mit sich und kann zusätzlich sowohl mit Erdgas aber auch mit Wasserstoff aus erneuerbaren Energien betrieben werden. In dieser Arbeit liegt der Schwerpunkt darin, die elektrische Leistung die durch eine funktionierende 5 kW SOFC Anlage entsteht, bedarfsgerecht einsetzen zu können und in das elektrische Netz einzuspeisen. Diese Aufgabenstellung erscheint am ersten Blick als sehr einfach, da bereits Photovoltaikanlagen in diesem Leistungsbereich mit dem elektrischen Netz einfach gekoppelt werden. Auf Grund der speziellen Parameter der SOFC Anlage, bei der das System einen sehr hohen Strom bei einer verhältnismäßig niedrigen Spannung produziert, sind jedoch herkömmliche Wechselrichter für eine Einbindung in das elektrische Netz nicht nutzbar. Die meisten Wechselrichter können in diesem niedrigen Spannungsniveau nicht bei voller Leistung arbeiten. Daher ist es notwendig einen geeigneten DC/DC Wandler für diese Schaltung zu finden, um die Parameter des SOFC Systems für den Wechselrichter ideal aufzubereiten. Durch diese Anpassung der Parameter ist es möglich, einen herkömmlichen Photovoltaikwechselrichter für die elektrische Einspeisung zu verwenden. Dieses Einspeisekonzept soll jedoch möglichst effizient und dynamisch arbeiten, um minimale Verluste bei der Einspeisung zu erzeugen. Des Weiteren ist es wichtig, dass das System im Stande ist, eine hohe Spannungs- und Stromqualität an das Netz zu liefern und keine zusätzlichen Verzerrungen zu erzeugen. Nachdem der prinzipielle Aufbau des Einspeisekonzeptes kreiert wurde, soll das Gesamtsystem für einen optimalen Betrieb der internen Versorgungsgeräte erstellt werden. Dabei soll neben einer sehr effizienten Nutzung, der zur Verfügung stehenden Energien, auch die Möglichkeit eines Inselbetriebes untersucht werden. An dieser Stelle wurden unterschiedliche Konzepte gegenübergestellt und anhand der möglichen Betriebsstrategien aufgegliedert. Dadurch ist zu erkennen, dass es sowohl Einschränkungen im Bereich der maximalen Ausgabeleistung, aber auch auf Grund des Betriebsmodus gibt. Auf diese Weise ergeben sich mehrere Lösungen, die für dieses Konzept eingesetzt werden können, wobei die Abwägung zu treffen ist, ob es wichtiger ist, den Eigendeckungsgrad der Anlage zu steigern, oder konstant mehr als 5 kW elektrische Leistung in das elektrische Netz zu liefern.

KW - Fuel cell

KW - SOFC

KW - Inverter

KW - Boost converter

KW - Electrical feed

KW - Brennstoffzelle

KW - Netzeinbindung

KW - SOFC

KW - Hochsetzsteller

KW - Wechselrichter

KW - Einbindungskonzept

U2 - 10.34901/mul.pub.2023.111

DO - 10.34901/mul.pub.2023.111

M3 - Masterarbeit

ER -