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„Netzspannungsqualität ist im Zuge der Energiewende und des vermehrten Einsatzes regenerativer Energien ein wichtiges Thema“, erklärt der Projektleiter der Fachhochschule Südwestfalen Prof. Dr. Peter Thiemann. Das dem Forschungsprojekt zugrundeliegende Problem sind Störungen in den Energieversorgungsnetzen. Diese sind vor allem für Industrieunternehmen mit einem hohen Energiebedarf oder mit besonders sensiblen Produktions- und Fertigungsprozessen riskant, da sie zum Anlagenausfall und zum Erliegen der Produktion führen können. Die im Projekt entwickelte Filterlösung greift bei solchen Fehlern regulierend ein und trägt zur Sicherung der Spannungsqualität bei. Das System arbeitet dabei zudem besonders verlustarm. 

Das aus dem Forschungs- und Entwicklungsprojekt hervorgegangene intelligente Active Power Filter ist in der Lage, unterschiedlichen Netzrückwirkungen wie Oberschwingungen, Spannungseinbrüchen, Asymmetrien aber auch Resonanzphänomenen entgegenzuwirken und so die Netzspannung normgerecht zu konditionieren. Die dazu entwickelte Leistungselektronik auf Basis einer Siliziumcarbid-Halbleitertechnik entnimmt dem Netz störende Energieeinträge und puffert diese im Zwischenkreis eines aktiven Gleichrichters. Die aufgenommene Energie wird anschließend mit der Grundschwingung von 50 Hertz zurück ins Netz gespeist. Störpegel im Energieversorgungsnetz lassen sich so deutlich dämpfen. Aufgrund des Filterdesigns wird dabei fast keine elektrische Energie in Wärmeverluste umgesetzt, sondern als reine Wirkenergie ins Netz zurückgespeist. „Es gibt kein Problem in den elektrischen Energieversorgungsnetzen, das die deutsche Industrie und die deutschen Ingenieure nicht lösen können“, meint der Geschäftsführer der Condensator Dominit GmbH Dr. Christian Dresel. „An uns wird die Energiewende nicht scheitern.“

Während die Fachhochschule Südwestfalen die Modellierung der Filterlösung und deren Verhalten bei möglichen Netzstörungen nachbildete, übernahm Condensator Dominit die Entwicklung der Hardware für die Filterlösung. Dazu zählen die Leistungselektronik, die Netzankopplung, die Messtechnik sowie das Mikrocontroller-Board. „Die ersten Ideen zu diesem Verfahren entstanden Ende 2014 im Zusammenhang mit einer Abschlussarbeit mit dem Unternehmen Condensator Dominit“, erzählt der Elektrotechnikprofessor Thiemann. „Wir haben dann einen Forschungsantrag geschrieben und konnten im Jahr 2016 ein von der Europäischen Union gefördertes Forschungsprojekt starten, in dem das Verfahren entwickelt und bis in das Prototypenstadium gebracht wurde.“ 2019 folgte dann ein ZIM-Antrag, um die Arbeiten fortzuführen und das Verfahren noch weiter zu entwickeln. Diese Arbeiten endeten im Herbst 2022.

Einer der beiden Projektmitarbeiter arbeitet seitdem bei Condensator Dominit, der andere hat an der Hochschule noch sein Promotionsverfahren abgeschlossen und ist dann ebenfalls in die Industrie gewechselt. „Beide konnten sich im Rahmen der Forschungsprojekte hervorragend weiterqualifizieren“, freut sich Thiemann. Insgesamt wurden während der Forschungsarbeiten im Labor eine Doktorarbeit, eine Masterarbeit und drei Bachelorarbeiten durchgeführt, sowie mehrere Veröffentlichungen und Konferenzbeiträge auch im internationalen Umfeld platziert. „Insgesamt zeigt dieses Projekt sehr gut, wie anwendungsorientierte Forschungskooperation mit einer Fachhochschule und Transfer bildlich gesprochen über Köpfe laufen kann“, so Thiemann.

Erfolgreiche Umsetzung des patentierten Regelverfahrens in ein Produkt

Unter der Bezeichnung SIMΩN®–iAPF intelligent Active Power Filter hat das Unternehmen mittlerweile ein konkretes Produkt an den Markt gebracht, das in den kommenden Jahren erheblich zum Gesamtumsatz beitragen soll. Mehr Informationen sowie ein animiertes Video zur Funktionsweise sind zu finden unter: www.condensator-dominit.de/simon-iapf/