IEA 4E TCP-PECTA: Leistungselektronik zur Steuerung und Umwandlung elektrischer Energie

Der PECTA Annex (Leistungselektronik zur Steuerung und Umwandlung elektrischer Energie – engl. Power Electronic Conversion Technology) ist als neuer Annex im IEA 4E Technologieprogramm (TCP) geplant. PECTA soll dabei das Effizienzpotential der Verwendung und Integration von Halbleiter mit weitem Bandabstand (Wide-Bandgap WBG) in Leistungselektronikapplikationen evaluieren. PECTA soll als Basis und unabhängige Informations- und Wissensplattform für politische Entscheidungsträger und diverse sonstige Interessensgruppen zum Thema WBG dienen.

Kurzbeschreibung

Halbleitertechnologien mit breitem Bandabstand (engl. Wide-Bandgap - WBG) haben sich in den letzten Jahren zu einem der dominantesten Themen im Bereich der Leistungselektronik entwickelt. Aktuell haben sich zwei WBG Materialien durchgesetzt – Silizium Karbid (SiC – Silicon Carbide) und Gallium Nitrid (GaN – Gallium Nitride). Neben GaN und SiC stellt Kohlenstoff (als Diamant) eine zusätzliche Alternative eines vielversprechend und zukunftsträchtigen Materials dar, welches bis jetzt allerdings noch nicht kommerziell vertrieben wird, da die Entwicklung eines solchen Halbleiters weder ausreichend erforscht, noch aktuell wirtschaftlich ist.

Fundamentale Probleme wie das Interesse der Energiebranche nach weiteren möglichst einfachen Lösungen zur Energieeinsparung, Systemvolumsreduktion und mögliche Alternativen der Implementierung (neben zum Beispiel Silizium IGBTs) von effizienten Komponenten mit hoher Sperrspannung (>1.7 kV) - um besonders im Bereich der Mittelspannungssystemintegration (DC-Netze, Traktionssysteme,...) die Topologie-Komplexität zu reduzieren, können nun durch eine marktreife Entwicklung von WBG neu evaluiert werden und könnten bisherige leistungselektronische Systeme revolutionieren.

Im Vergleich zum klassischen Silizium (Si) Halbleiter bieten WBG Materialien erhebliche Vorteile wie zum Beispiel einen höheren Bandabstand, eine höhere kritische elektrische Feldstärke und eine höhere maximale Elektronengeschwindigkeit (bei hoher elektrischer Feldstärke). Daher besteht das Potential mittels Wide-Bandgap Technologie nicht nur effizientere sondern auch Komponenten mit höherer maximaler Sperrspannung zu realisieren. WBG ist daher zukünftig nicht nur für Niederspannungs- sondern auch für Mittelspannungs- und Hochspannungsnetze interessant und dort die Energieeffizienz steigern und Topologiekomplexität verringern.

Ziel des PECTA Annex des IEA 4E Technologieprogramms ist es, das Wissen über die neuesten, hocheffizienten Halbleitertechnologien, insbesondere Leistungselektronik mit Wide-Bandgap, zu erweitern, mithilfe internationaler Vernetzung zu verbreiten und Entscheidungshilfen für Technologie- und Energiepolitik zu erstellen.
Die Teilnahme des Austrian Institute of Technology GmbH (AIT) am PECTA Annex wird mit der Absicht beantragt, Österreich zukünftig im Bereich Forschung, Entwicklung und Integration von WBG gut zu positionieren und als internationalen Know-how Standort und Vorreiter für Dienstleistungen und Integration dieser aufstrebenden Technologie in diesem Bereich zu etablieren.
Der Fokus des aktuellen Antrags wird daher im ersten Schritt auf folgende Tasks gelegt:

  1. Prüfen des Effizienzpotentials verschiedener Anwendungsbereiche für WBG
  2. Erstellen eines Fahrplans für Elektronikgeräte „Roadmap for Power Devices"
  3. Einbettung der Halbleitertechnologien in internationale Standardisierungsnormen
  4. Internationale Wissensvermittlung und Vernetzung

Wesentliche Ergebnisse der österreichischen Beteiligung am PECTA Annex sind das Generieren von Wissen für langfristige Konzepte für eine zuverlässige Integration und maximale Ausnutzung des möglichen Potentials der WBG Technologie, Bewusstseinsbildung bei z.B. Netzbetreibern, Industrie und politischen Entscheidungsträgern um schlussendlich das Vorhaben zu beschleunigen, dass diese Produkte und deren Vorteile dem Endkunden (auch energiepolitisch gesteuert) zugängig gemacht werden können.

Teilnehmende Staaten

Österreich, Schweden, Schweiz

Kontaktadresse

AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Markus Makoschitz
Giefinggasse 2
1210 Wien
E-Mail: markus.makoschitz@ait.ac.at