Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung der Nano-Polituren für III/V-Schichten und Silizium für verlustarmes Bonding" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Dr. Jörg Schwar - III/V-Reclaim durchgeführt. Der Wafer-Bonding Prozess ist ein essenzieller Prozess zur elektrischen und mechanischen Verbindung der III-V Top-Zelle mit der Si Bottom-Zelle. Bei der Durchführung schädigungsarmer Bonding-Prozesse spielt eine saubere Oberfläche eine entscheidende Rolle. Daher steht die Entwicklung kosteneffizienter Politurprozesse im Fokus des Projektes.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung der Abscheidung von Kontaminanten aus Feedmedien der Hochtemperatur-Elektrolyse - SilEx" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH durchgeführt. Die Hochtemperaturelektrolyse (HTEL) zeichnet sich im Vergleich zu anderen Elektrolysetechnologien, wie der PEM und Alkalischen Elektrolyse durch einen hohen Wirkungsgrad und niedrige Betriebskosten aus. Aus diesem Grund stellt sie eine Schlüsseltechnologie für die kostengünstige Herstellung von grünem Wasserstoff dar. Unter HTEL-Modulen versteht man die Verschaltung von HTEL-Stacks aus SOEC-Zellen mit den Komponenten zur Führung von Edukt- und Produktströmen, inkl. thermoenergetischem Management und elektrischem Leistungsmanagement. Module können durch Multiplikation zu skalierbaren Elektrolyseanlagen zusammengeschaltet werden. Um den stark wachsenden Markt für Wasserelektrolyseure wirtschaftlich bedienen zu können, müssen neue Generationen von HTEL-Modulen entwickelt werden, die schnell in großem Volumen produzierbar sind und die gegenüber dem Stand der Technik erheblich günstiger hergestellt werden können. Um dies zu erreichen, sollen im Verbundvorhaben 'HTm: HTEL-Module - Ready for Gigawatt' innerhalb der Technologieplattform 'H2Giga' erhebliche Kosteneinsparungen durch Skaleneffekte erreicht werden, die mit einem Design-to-Cost-Ansatz für die Module in Verbindung mit neuen Produktionsprozessen sowie Betriebsstrategien entstehen. Das Vorhaben trägt damit einen entscheidenden Beitrag zur Realisierung der Ziele der Nationalen Wasserstoffstrategie und damit verbunden zur Hochskalierung der Elektrolysetechnologie in den Megawatt-Maßstab bei. Das DBI ist für die Entwicklung eines Verfahrens zur Entfernung von Siliziumverbindungen aus den Matrizes Wasser, Wasserdampf und CO2 verantwortlich. Si-Verbindungen schädigen den Elektrolyseur und senken damit die Standzeit der HTEL. Die relevanten Si-Verbindungen sind zu identifizieren, die Herkunft dieser zu ermitteln (Wasser, Material, CO2-Quelle) und die Messwerte sind zu validieren. An Versuchsständen werden Adsorbentien u.ä. zur Si-Entfernung untersucht, relevant sind alle drei bereits genannte Matrizes.
Das Projekt "Charakterisierung, Transport und Deposition von Silica-Polymeren in ausgewählten monocotyledonen und dicotyledonen Holzgewächsen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Department für Biologie, Zentrum Holzwirtschaft, Ordinariat für Holzbiologie und Institut für Holzbiologie und Holzschutz der Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft durchgeführt. Si-Einschlüsse in holzbildenden Pflanzen sind vielfach beschrieben und dienen für verschiedene chemische und biologische Fragestellungen als wichtiges Merkmal. Über Aufnahme, Transport und Deposition liegen jedoch nur lückenhafte Kenntnisse vor. Im Vorhaben sollen folgende Themenkomplexe bearbeitet werden: i) Aufnahme und Ferntransport, ii) Primärausscheidung, iii) Struktur und chemische Komposition. Als Objekte sind Bambus (Monocotyledone) sowie tropische Laubbaumarten (Dicotyledone) vorgesehen. Chemische Analysen (IR und Raman, simultane Thermoanalyse/STA, Thermogravimetrie/TG, Differential Thermoanalyse/DTA, Massenspektrometrie/MS, Si K-XANES-Spektroskopie) werden zur Identifizierung der Aufnahme- und Ferntransportform an Wurzelgewebe und Kapillarsaft durchgeführt sowie an Geweben der Deposition. Mit Licht- und Elektronenmikroskopie werden Si-Verbindungen in den Zielzellen lokalisiert, Kompartimenten zugeordnet (intrazellulärer Transport) und mit TEM/EDX und TEM/EELS charakterisiert. Für Bambus wird beispielhaft die extrazelluläre Deposition in der Zellwand untersucht, um Befunde zu Wechselwirkungen zwischen organischer Matrix und Si-Einlagerung zu erhalten. Folgende Ergebnisse werden erwartet: i) Identifizierung der Si-Transportform in Wurzel und Kapillarsaft, ii) Lokalisierung und Identifizierung deponierter Si-Verbindungen, iii) feinstrukturelle Charakterisierung Si-deponierender Zellen und nicht-deponierender Nachbarzellen.
Das Projekt "MAX-Phasenkomposite: Eine neue Werkstoffklasse für hochtemperaturbelastete Bauteile" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-1: Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren durchgeführt. Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung von Gasturbinenbauteilen, die auf einer neuen Klasse von keramischen Verbundwerkstoffen (CMC) basieren, um die derzeit übliche Betriebstemperatur (kleiner als 1350 Grad Celsius) zu erhöhen. Turbinenschaufeln und Brennkammerauskleidungen sind im Fokus der Entwicklung, da sie den heißesten Temperaturen ausgesetzt sind. Durch die Erhöhung der Betriebstemperatur wird der Energieverbrauch gesenkt, was zu einem effizienteren und umweltschonenderen Prozess führt. Um diese Ziele zu erreichen, sollen neue Materialien genutzt werden, bei welchen Siliziumkarbidfasern (SiC) in eine MAX-Phasen Keramik eingebettet werden. Die Kombination der einzigartigen Eigenschaften von MAX-Phasen mit den hervorragenden mechanischen Eigenschaften von SiC-Kurzfasern führt zu Verbundwerkstoffen mit einer sehr hohen Temperatur- und Oxidationsbeständigkeit sowie einem exzellenten mechanischen Ansprechverhalten und einfacher Verarbeitbarkeit. Der gesamte Entwicklungsprozess dieser neuen Werkstoffe bis hin zu Komponenten wird in diesem Projekt betrachtet: Synthese und Sintern der Verbundwerkstoffe bis zur Herstellung und Charakterisierung einsatzfähiger Bauteile. Dazu sind vier sequentielle Abschnitte geplant: i) Herstellung der Werkstoffe, ii) Charakterisierung der Eigenschaften bei hohen Temperaturen, iii) Herstellung von Komponenten mittels Net-Shape-Verfahren, und iv) das Testen der Bauteile unter realen Bedingungen. Die industrielle Verfügbarkeit der vorgeschlagenen Herstellungsverfahren erleichtert das Hochskalieren und die Einführung der genannten Bauteile in den Markt. Die Herstellung der MAX-Phasen, das Sintern der Werkstoffe, das Matrix-Faser-Interface und die Wechselwirkung der Verbundwerkstoffe mit der bei Hochtemperaturanwendungen benötigten Wärmedämmschicht werden im Rahmen dieses Projektes detailliert untersucht, um letztendlich das grundlegende Konzept eines neuartigen Verbundwerkstoffes für technisch umsetzbare Bauteile zu verwirklichen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Fraunhofer ISE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Entwicklung eines leistungselektronischen Umrichters mit 250 kW mit SiC-Halbleitern zur Anbindung einer Hochleistungs-/energiebatterie an das Verteilnetz. Für die Entwicklung werden Vorserienmuster von 3,3-kV-SiC-MOSFETs genutzt. Mit diesen Bauelementen sollen SiC-Leistungsmodule zu 150 - 300 A entwickelt werden. Erst die Entwicklung von niederinduktiven HV-SiC-Halbleitermodulen schafft die Grundlage für die Entwicklung von Mittelspannungsumrichtern hoher Leistung. In einem 3,3-kV-Netz ergeben sich hierbei Umrichterleistungen von 250 - 1.000 kVA. Über die Mittelspannungsebene wird der Hochleistungsspeicher eingebunden, der dann in das 110-kV-Netz gekoppelt wird. Hochleistungsspeicher ermöglichen den kurzzeitigen Inselbetrieb von Industrieanlagen und sichern somit kostenkritische Produktionsprozesse bei Netzausfällen. Weiter ermöglichen mehrere Hochleistungsspeicher im Verbund des 110-kV-Netzes den Wiederaufbau des Netzes und das Anfahren von Kraftwerken. Damit können Hochleistungsspeicher neben den klassischen Pumpspeicherseen eine weitere strategisch wichtige Säule zur Schwarzstartfähigkeit der Energieversorgung bilden. Durch die Verbundpartner dieses Vorhabens ist die gesamte wirtschaftliche Wertschöpfungskette vom Komponentenhersteller, Leistungselektronikhersteller, Systemintegrator und Netzbetreiber dargestellt. Die Forschungsaspekte zu Bauelementen, Leistungselektronik, System- und Regelungstechnik werden durch das Fraunhofer ISE flankiert. Semikron wird die Entwicklung der niederinduktiven HV-SiC-Halbleitermodule durchführen. Die Entwicklung der induktiven Leistungsbauelemente und die Durchführung damit verbundener Studien werden von STS übernommen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Optimierte Aufbau- und Verbindungstechnik für SiC-Leistungshalbleiter zur Anwendung in Mittelspannungsumrichtern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG durchgeführt. Hochleistungsspeicher ermöglichen den kurzzeitigen Inselbetrieb von Industrieanlagen und sichern somit kostenkritische Produktionsprozesse bei Netzausfällen. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines leistungselektronischen Umrichters mit 250 kW mit SiC-Halbleitern zur Anbindung einer Hochleistungsenergiebatterie an das Verteilnetz. Innerhalb des Vorhabens 'SiC-MSBat' werden neue leistungselektronische Konzepte basierend auf innovativen Halbleitertechnologien entwickelt, die die Systemkosten senken und damit eine schnellere, unkomplizierte und effiziente Integration von Speichern in Mittelspannungsnetze ermöglichen. Für die Entwicklung werden Vorserienmuster von 3,3 kV SiC MOSFETs und Dioden verwendet. Das Ziel im Teilvorhaben ist damit zuverlässige Leistungselektronikmodule zu konzipieren, die durch ihre Eigenschaften ein gutes Skalierungspotentialbieten. Dabei liegt ein besonderer Fokus auf hohen Schaltfrequenzen die besondere Herausforderungen mit sich bringen. So muss das Layout der Modulschaltung zu niedrigen Induktivitäten hin optimiert werden, um Schaltverluste zu reduzieren und hohe Überspannungen zu vermeiden.
Das Projekt "Teilprojekt: 'Hochstrom-Mittelspannungs-Drosseln für hohe Schaltfrequenzen'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH & Co. KG durchgeführt. Hochleistungsspeicher ermöglichen den kurzzeitigen Inselbetrieb von Industrieanlagen und sichern somit kostenkritische Produktionsprozesse bei Netzausfällen. Weiter ermöglichen mehrere Hochleistungsspeicher im Verbund des 110-kV-Netzes den Wiederaufbau des Netzes und das Anfahren von Kraftwerken. Damit können Hochleistungsspeicher neben den klassischen Pumpspeicherseen eine weitere strategisch wichtige Säule zur Schwarzstartfähigkeit der Energieversorgung bilden. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines leistungselektronischen Umrichters mit 250 kW mit SiC-Halbleitern zur Anbindung einer Hochleistungsenergiebatterie an das Verteilnetz. Im Teilprojekt STS sollen Lösungen für induktive Leistungsbauelemente für solche Umrichter erarbeitet werden. Dabei bestehen heute substanzielle Defizite im Verständnis elementarer Zusammenhänge bei der Dimensionierung und dem Betrieb solcher Bauteile. Die Aufklärung entsprechender Wirkgefüge und deren Verallgemeinerung und Abbildung in mathematische Modelle ist daher wesentlicher Bestandteil des Teil-Projekts, bevor konkrete technische Entwicklungen erfolgen. Auch neue Kühlkonzepte sind zu erarbeiten. Begonnen wird mit konzeptionellen Aspekten, wie Verfügbarkeitsanalysen oder allgemeine Simulationen. Darauf aufbauend erfolgen detaillierte Parameteranalysen und die Entwicklung neuer mathematischer Modelle für induktive Bauelemente. Entsprechend des Arbeitsfortschritts bei der Modellbildung erfolgt die Entwicklung und Charakterisierung von Mittelspannungsdrosseln. Die Inbetriebnahme und der Test des Demonstrators werden durch Teilentladungsmessungen unterstützt. Aus den Testläufen werden zudem Erkenntnisse abgeleitet, die in eine kontinuierliche Verifizierung der Simulationsmodelle und eine Optimierung der Drosseln einfließen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung niederinduktiver Hochstrom-Leistungsmodule mit erhöhter Lebensdauer und Zuverlässigkeit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Danfoss Silicon Power GmbH durchgeführt. Das konkrete Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung voll funktionsfähiger, praxistauglicher, optimierter Systemlösungen für vollständige PV-Großkraftwerke, die alle vom jeweiligen Netz gestellten Anforderungen zuverlässig und vor allem auch kostengünstig erfüllen. Dies beinhaltet insbesondere angepasste Komponenten (insb. Wechselrichter), den Einsatz zusätzlicher Systembausteine (wie z.B. Energiespeichereinheiten), neuartige Steuerungs- und Regelungssysteme und Auslegungsverfahren sowie den wissenschaftlichen Nachweis der Funktionalität, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit im Betrieb ebenso wie neuartige Halbleiter-Bauelemente auf der Basis von Siliziumkarbid (SiC) für eine neue Generation PV bezogener Leistungselektroniklösungen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung von Leistungsmodulen für die Mittelspannung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist hochintegrierte und effiziente Leistungselektronik mit Hochvolt-SiC-Bauelementen von 6.5 kV bis 15 kV zu entwickeln. Es werden von Semikron zwei Demonstratorklassen von SiC-Halbleitermodulen entwickelt. Die Zielsetzungen hierbei sind Module mit 6.5 kV / 20 A und 15 kV / 6 A zu demonstrieren. Die zuverlässige Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) im Modul mit Sinter-und Lötverbindungen sowie die niederinduktive Kontaktierung der SiC-Bauelemente sind bei diesen Spannungsklassen eine vollkommen neue Herausforderung. Neben dem Modulkonzept werden in der Anfangsphase Überlegungen auf der Basis von numerischen Simulationen der mechanischen und elektrischen Eigenschaften durchgeführt. Zur vereinfachten Parallelschaltung der SiC Schalter werden spezielle Supressordioden entwickelt. Nach dem die Entwicklung der AVT für 6,5kV und 15kV mit entsprechenden Material und Designkonzepten abgeschlossen ist, werden die Moduldemonstratoren in AP4 aufgebaut.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Test eines Demonstrators für ein Bahnantriebssystem auf Basis hochsperrender SiC-Halbleiter" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bombardier Transportation GmbH durchgeführt. Zusammen mit Partnern aus der Forschung und der Industrie wird ein gemeinsames Leistungsmodul (Dreiphasenwechselrichter) auf Basis von hochsperrenden SiC- Halbleitern entwickelt. Bombardier Transportation entwickelt auf Basis dieses gemeinsamen Moduls ein Antriebssystem für Bahnanwendungen und führt erste Tests an einem Demonstrator durch. Für die wesentlichen vorgesehenen Anwendungsfälle am Bahnfahrdraht AC 15 kV und DC 3 kV wird eine Kosten Nutzen Analyse auf Basis der erzielte Ergebnisse durchgeführt.
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| Bund | 164 |
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