Masterarbeit "GaN Antriebsumrichter für Wärmepumpen"

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg ist das größte Solarforschungsinstitut Europas. Unsere rund 1400 Mitarbeitenden arbeiten für ein nachhaltiges, wirtschaftliches, sicheres und sozial gerechtes Energieversorgungssystem auf Basis erneuerbarer Energien. Dazu tragen wir mit unseren Forschungsschwerpunkten Energiebereitstellung, Energieverteilung, Energiespeicherung und Energienutzung bei. Durch herausragende Forschungsergebnisse, erfolgreiche Industrieprojekte, Firmenausgründungen und globale Kooperationen gestalten wir die nachhaltige Transformation des Energiesystems.

Für unsere Gruppe "Stromrichtereinheiten" suchen wir zum nächstmöglichen Zeitpunkt eine Studentische Hilfskraft mit der Gelegenheit zur Erstellung der Masterarbeit zum Thema "GaN Antriebsumrichter für Wärmepumpen".

Das Fraunhofer ISE will im Rahmen des Projektes InnoWP die Leistungselektronik für eine Wärmepumpe entwickeln. Dabei wollen wir das Wide-Bandgap-Material Galliumnitrid (GaN) einsetzen, um den benötigten Strom besonders effizient umwandeln zu können. Die Leistungselektronik hat die Aufgabe zunächst den Wechselstrom aus dem Netz gleichzurichten und dabei die Anforderungen zu erfüllen, welche an die Verbraucher im Netz gestellt werden. Hierunter fällt z.B. die Begrenzung von Netzrückwirkungen, aber auch Themen wie die Powerfaktor-Korrektur. Außerdem soll es möglich sein die Höhe der gleichgerichteten Spannung an den aktuellen Bedarf anpassen zu können. All diese Aufgaben erledigt der AC/DC-Wandler. Um den Elektromotor der Wärmepumpe betreiben zu können, muss die nun erzeugte DC-Spannung wieder in einen Drehstrom mit variabler Frequenz umgewandelt werden. Hierzu wird ein sogenannter Antriebsumrichter benötigt. Dieser ermöglicht die Variation der Drehgeschwindigkeit des Motors, wodurch die Leistung der Kompressorstufe an den gerade benötigten Bedarf angepasst und so die Wärmepumpe sehr effizient betrieben werden kann.

Während Deiner Masterarbeit hast Du die Aufgabe einen Prototyp des Antriebsumrichters zu entwickeln. Du wirst Dich mit Hilfe von Simulationssoftware an die Aufgabe herantasten. Zunächst soll ein Modell der Wandlerstufe erstellt werden. Anschließend folgt die Schaltplan- und Layoutentwicklung. Dir wird es möglich sein sich in die notwendigen Softwaretools während Deiner Masterarbeit einzuarbeiten. Danach geht es an den Aufbau und die Inbetriebnahme. Zuletzt sollen Messungen durchgeführt werden um die Effizienz der Wandlerstufe zu bestimmen.