Energie-effiziente Komponenten und Subsysteme für höchste Systemzuverlässigkeit

Bei der Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen spielen Leistungshalbleiter eine wichtige Rolle. In Windkraftanlagen werden Leistungshalbleiter genutzt, um die elektrischen Größen des Generators umzuwandeln und mit dem Netz zu verbinden. Sie werden außerdem in zahlreiche Hilfsantriebe eingebaut, wie etwa Azimut- oder Pitchantriebe, Pumpen und auch in Schutzschaltungen wie Crowbars.

Wechselrichter in Windkraftanlagen steuern eine Reihe von wesentlichen Funktionen und Applikationen und benötigen somit Leistungshalbleiter der höchsten Qualität. Das gilt vor allem für Offshore-Windkraftanlagen, die in außerordentlich rauen Umgebungen arbeiten und ständig Salz, Feuchtigkeit etc. ausgesetzt sind. Bei den Offshore-Segmenten wird mit einem rasanten Wachstum gerechnet.

Zur Steigerung der Netzstabilität müssen Windenergieanlagen so konstruiert sein, dass sie ein Höchstmaß an Verfügbarkeit gewährleisten. Das gilt nicht nur für die Umrichter, sondern auch für die verschiedenen Hilfsantriebe, die an unterschiedlichen Stellen eingesetzt werden. Die Netzstabilität hängt somit von Leistungshalbleiter-Baugruppen ab, die dynamisches Leistungsvermögen, herausragende Funktionalität und höchste Zuverlässigkeit bieten.

Generatoren mit fester Drehzahl

Designs mit fester Drehzahl eignen sich für Generatoren bis zu 400 kW. Neue Designs basieren für gewöhnlich auf Halbleiterlösungen, damit sie die Netzanschlussbedingungen erfüllen. Dennoch bietet Infineon die gesamte Palette an Netzkopplungsbauteilen an, mit Thyristoren und anderen bipolaren Halbleitern, die als Module, Discs und Stacks erhältlich sind.

Doppelt gespeister Asynchrongenerator (DFIG)

Dieses drehzahlgeregelte Design wird typischerweise im Leistungsbereich zwischen 400 kW und 2.500 kW eingesetzt. Um die volle Belastung zu kontrollieren, muss nur bis zu einem Drittel der Energie durch Leistungshalbleiter in beide Richtungen umgewandelt werden. Selbst am Rande des Einsatzbereiches unterstützen Infineons IGBTs so die bestmögliche Leistung. Hochwertiges Design, Low Voltage Ride Through (LVRT)-Fähigkeit und sehr niedrige Ausgangsfrequenzen treffen auf hohe Verfügbarkeit.

Permanentmagnet (PM)-Generatoren

Vollumrichter für Low-, Medium- und High-Speed-Generatoren bieten maximale Flexibilität, damit sie die LVRT- und weitere Netzstabilitätsbedingungen erfüllen. Hohe Effizienz wird vorausgesetzt und ein Active-Front-End-Wechselrichter gleicht variable Leistung und Frequenz an. Dieses Design reduziert den Aufwand induktiver Bauteile. Infineons IGBTs ermöglichen modulare und skalierbare Systemdesigns.

Fremderregte Maschinen

Der Wechselrichter wird durch den Generator über einen Gleichrichter gespeist. Dabei wird die Generatorspannung über die elektrische Erregung gesteuert. Ein IGBT - Umrichter steuert die Einspeisung in das Netz und stabilisiert damit die Gleichspannung. Dieses Design hat sich bereits in vielen modernen Systemen bewährt.

Schutzschaltungen

Crowbars, Chopper und aktive Filter sind wichtige Elemente des Windraddesigns. Auch wenn diese Bauteile nicht aktiv in die Energieeinspeisung involviert sind, werden sie benötigt, um äußere Einflüsse zu bewältigen und die Netzstabilitätsbedingungen zu erfüllen.

Hilfsantriebe

Für die sichere und angemessene Funktionalität der Windkraftanlagen sind verschiedenste Treiber von Nöten. Azimutantriebe, Pitchantriebe und Pumpen können von kleinen Wechselrichtern kontrolliert werden. Damit ein Notfall-Shutdown möglich ist, muss eine Energiespeicherlösung mit dem Zwischenkreis in Pitch-Kontrollantrieben verbunden sein.

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Renewable energy from offshore wind farms

Energy means life: It heats houses, powers cars and lights megacities. The global appetite for energy is voracious, while resources are dwindling. One third of the energy consumed worldwide is electricity and the trend is rising. The name of the key energy source of the future is energy efficiency. Optimal electricity use is achieved by harnessing smart semiconductor technology: Innovative chip solutions fine-tune cars, industrial plants, consumer and household electronics to use less energy. And smart meters permit evaluation of every kilowatt hour with to-the-minute accuracy, helping to save electricity.

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