Leistungselektronik: Energie effizienter nutzen

Mit Hilfe innovativer Leistungselektronik soll Strom in Zukunft effizienter genutzt werden.

Mehrere Strommasten
Mehrere Strommasten © Dmitriy Bruskov

Steigende Energiekosten belasten nicht nur Privathaushalte, sondern beeinträchtigen als Wettbewerbsfaktor die gesamte deutsche Wirtschaft. Zugleich erfordert der Klimaschutz verantwortungsbewusste Ressourcennutzung und Stromproduktion. Schon heute sind rund 40 Prozent der weltweit verbrauchten Energie elektrische Energie. Bis zum Jahr 2040 wird der Anteil nach Schätzungen auf 60 Prozent steigen. Mit innovativer Leistungselektronik soll Strom in Zukunft noch effizienter genutzt werden, indem Verluste bei der Umformung und Verteilung elektrischer Energie auf ein Minimum reduziert werden.

Leistungselektronik braucht man überall dort, wo elektrische Energie umgewandelt wird. Das bezieht sich sowohl auf die Spannungsform als auch auf die Höhe von Spannung und Strom sowie die Frequenz. Letztlich steckt die Leistungselektronik in jedem Netzteil und in fast jedem elektronischen Gerät, das wir nutzen.
Mit moderner Leistungselektronik lassen sich die Verluste, die bei der Umformung und der Verteilung elektrischer Energie entstehen, auf ein Minimum reduzieren. Das gilt für Informations- und Kommunikationstechnik, für Haushalts- und Gebäudetechnik genauso wie für die Fahrzeugindustrie. Die Anwendungsmöglichkeiten und die technologischen Heraus¬forderungen sind vielfältig.  Deshalb ist die Leistungselektronik eine Schlüsseltechnologie für gesell¬schaftliche und industrielle Fragestellungen.

Die Energie-Einsparpotenziale, die durch die Leistungselektronik erschließbar sind, werden auf 20 bis 35 Prozent  des derzeitigen Bedarfes an elektrischer Energie geschätzt. Laut einer Studie des European Center for Power Electronics (ECPE) entspräche dies im Jahr 2020 bei einem europaweiten Energieverbrauch von 4.000 TWh der  Leistung von 115 Großkraftwerken.

Solarwechselrichter – Ein Beispiel effizienter Leistungsbauelemente

Am Beispiel eines Solarwechselrichters zur Einspeisung von photovoltaisch erzeugter Gleichspannung in das Stromnetz zeigt sich exemplarisch, welche Einsparpotentiale mit dem Einsatz moderne Leistungselektronik möglich sind. Das  Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE konnte zeigen, dass alleine durch die Verwendung effizienterer Leistungsbauelemente eine - im Vergleich zu herkömmlichen Geräten - um bis zu 50 Prozent verringerte Verlustleistung erreicht werden kann ohne an Zuverlässigkeit einzubüßen.

Neue Systemlösungen sind wichtig

Um bei leistungselektronischen Systemen eine optimale Energieeffizienz zu erzielen, reicht es allerdings nicht aus, nur die Leistung einzelner Halbleiterbauelemente zu optimieren. Notwendig sind vielmehr neue Systemlösungen, die eine Vielzahl unterschiedlicher Elemente und Aspekte einschließen. Dies reicht von neuen Materialien, Bauteilkonzepten und Aufbautechniken über innovative Systemintegrationen und Zuverlässigkeitsaspekte bis hin zur Standardisierung von Bauelementen und zu kostengünstigen Herstellungstechniken. Nur wenn man das Gesamtsystem untersucht und in allen Teilbereichen Innovationen schafft, kann das Ziel - deutliche Energieeinsparung durch neuartige Leistungselektronik - erreicht werden.

BMBF-Förderung: Leistungselektronik zur Energieeffizienz-Steigerung (LES)

Das BMBF fördert auf der Grundlage des Rahmenprogramms IKT 2020 multidisziplinäre Forschungs- und Entwicklungsprojekte zum Thema "Leistungselektronik zur Energieeffizienz-Steigerung" (LES). Weitere Informationen zum Förderprogramm „Leistungselektronik zur Energieeffizienz-Steigerung“