{"id":23801,"date":"2025-11-04T10:27:14","date_gmt":"2025-11-04T09:27:14","guid":{"rendered":"https:\/\/deinenergieportal.de\/?p=23801"},"modified":"2025-10-28T10:29:54","modified_gmt":"2025-10-28T09:29:54","slug":"blitzschneller-schutz-fuer-die-energiewende-fraunhofer-imws-entwickelt-sicherheitskonzept-fuer-moderne-stromnetze","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/deinenergieportal.de\/?p=23801","title":{"rendered":"Blitzschneller Schutz f\u00fcr die Energiewende: Fraunhofer IMWS entwickelt Sicherheitskonzept f\u00fcr moderne Stromnetze"},"content":{"rendered":"\n

Moderne Energiesysteme mit hoher Leistungsdichte und komplexer Halbleiterelektronik stellen den Netzschutz vor neue Herausforderungen. Klassische Sicherungen reagieren oft zu langsam, um empfindliche Wechselrichter in Anlagen f\u00fcr erneuerbare Energien zuverl\u00e4ssig zu sch\u00fctzen. Im Forschungsprojekt \u201eGreenGridGuard\u201c<\/strong> haben ExpertInnen von Infineon Bipolar, der TU Dresden und dem Fraunhofer IMWS nun ein neuartiges Schutzkonzept entwickelt. Es erm\u00f6glicht eine automatische Abschaltung im St\u00f6rfall innerhalb von weniger als einer Millisekunde. Damit wird nicht nur die Betriebssicherheit gesteigert, sondern auch die Integration erneuerbarer Energien ins Netz entscheidend verbessert.<\/p>\n\n\n\n

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Diese Bauteile wurden nach 3-Puls-Strombelastung von 79kA mittels akustischer Mikroskopie (SAM) untersucht. Es zeigt sich bei allen Varianten eine massive Sch\u00e4digung. – Quelle: Fraunhofer<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Wenn es in modernen Energiesystemen zu Fehlern bei der Stromverteilung kommt, entstehen extreme Kurzschlussstr\u00f6me, die Bauteile schwer besch\u00e4digen k\u00f6nnen. Herk\u00f6mmliche Abschalteinrichtungen ben\u00f6tigen bis zu 100 Millisekunden, um zu reagieren \u2013 viel zu lang f\u00fcr Systeme, die auf Halbleiter-Wechselrichter mit hoher Leistungsdichte setzen. Besonders betroffen sind dabei IGBT-Module, deren Freilaufdioden im Kurzschlussfall keinen aktiven Schutz bieten und im Extremfall sogar explodieren k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Im Projekt \u201eGreenGridGuard\u201c<\/strong> haben die Infineon Bipolar GmbH<\/strong>, die Technische Universit\u00e4t Dresden<\/strong> und das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS<\/strong> gemeinsam eine L\u00f6sung erarbeitet. Das neu entwickelte, halbleiterbasierte Schutzkonzept erzwingt im Fehlerfall innerhalb von weniger als einer Millisekunde einen dauerhaften Kurzschluss. Dieser Mechanismus \u2013 als \u201eShort-on-Fail\u201c-Garantie<\/strong> bezeichnet \u2013 sorgt daf\u00fcr, dass der Wechselrichter sicher abgeschaltet wird und keine gef\u00e4hrlichen Plasmaaustritte entstehen. Damit bleiben auch angrenzende Komponenten vor \u00dcberstrom gesch\u00fctzt.<\/p>\n\n\n\n

Das Fraunhofer IMWS brachte seine Expertise in Materialdiagnostik, Mikrostrukturanalyse und Zuverl\u00e4ssigkeitsbewertung<\/strong> ein. Mithilfe zerst\u00f6rungsfreier Pr\u00fcfmethoden wie optischer Inspektion, R\u00f6ntgenanalyse und Ultraschallmikroskopie sowie mikrostruktureller Verfahren wie Rasterelektronenmikroskopie und energiedispersiver R\u00f6ntgenspektroskopie konnten die ForscherInnen detailliert nachvollziehen, wie sich die Materialien im St\u00f6rfall verhalten.<\/p>\n\n\n\n

\u00bbWir konnten im Projekt genau verstehen, welche mikrostrukturellen und werkstoffmechanischen Prozesse in den Halbleiterkomponenten ablaufen und wie sie die Zuverl\u00e4ssigkeit beeinflussen\u00ab, erkl\u00e4rt Carola Klute<\/strong>, Projektleiterin am Fraunhofer IMWS. Durch gezielte Materialanalysen und Belastungstests entstanden neue Pr\u00fcfverfahren, die nun als Grundlage f\u00fcr k\u00fcnftige Sicherheitskonzepte dienen.<\/p>\n\n\n\n

In mehreren Demonstrator-Designs wurde das Schutzsystem getestet und optimiert. Besonders erfolgreich war ein Chipaufbau mit fester Verbindung auf der Anodenseite und einer flexiblen Kontaktierung auf der Kathodenseite. Diese Konstruktion minimiert Materialsch\u00e4den und garantiert, dass selbst bei Sto\u00dfstrombelastungen von bis zu 100 kA die Defekte auf definierte Sollbruchstellen begrenzt bleiben.<\/p>\n\n\n\n

Das Ergebnis: ein robustes, reaktionsschnelles Schutzsystem, das k\u00fcnftig zur sicheren Integration regenerativer Energiequellen in die Stromnetze beitragen kann.<\/p>\n\n\n\n

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