Im Unterschied zur bisher meist zentralen Energieerzeugung gehen damit viele und über große Flächen verteilte Stromerzeuger wie Solaranlagen oder Windräder einher. Um die so gewonnene Energie ins Netz einzuspeisen, braucht es netzkompatible elektronische Leistungswandler. Auf dem Weg zu einer klimafreundlichen, ressourcenschonenden und zugleich konkurrenzfähigen Energieversorgung sind sie eine neue Schlüsseltechnologie.
Bereits heute sind rund 40 Prozent der verbrauchten Energie elektrischer Strom. Wissenschaftler schätzen, dass dieser Anteil bis 2040 um weitere 20 Prozent ansteigt. Auch die Nutzung wird vielfältiger. So differenziert wie die Anwendungen selbst sind die eingesetzten Varianten des elektrischen Stroms.
Will man zum Beispiel Strommengen über große Strecken transportieren, ist eine Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) die effi-zienteste Lösung. Der Strom aus der gängigen Haushaltssteckdose wiederrum ist Wechselstrom mit 230 Volt und einer 50-Hertz-Frequenz, mit dem man beispielsweise über ein entsprechendes leistungselektronisches Ladegerät das Mobiltelefon laden kann.
Elektrischer Strom muss also verteilt, geregelt und gewandelt werden, damit ihn der Endverbraucher nutzen kann. Diese Aufgabe übernimmt mehr und mehr die Leistungselektronik. Dabei ermöglichen Bauteile die Umformung elektrischer Energie. Schon heute fließt der Strom auf dem Weg vom Erzeuger zum Verbraucher statistisch gesehen mindestens einmal durch einen Leistungswandler.
Zwar geht bei diesem Umwandlungsprozess Energie ungenutzt verloren, doch das Einsparpotenzial ist enorm. Laut einer Studie des European Center for Power Electronics (ECPE) könnte mehr als ein Viertel der elektrischen Energie durch den Einsatz neuer Technologien gespart werden, fast die Hälfte davon durch den Einsatz hocheffi-zienter Leistungselektronik.
Effiziente Beleuchtung
Beim Gesamtstromverbrauch lag der Anteil der Beleuchtung 2010 bei etwa drei Prozent. Laut einer Studie des Verbands der Elektrotechnik (VDE) über Effizienz- und Einsparpotenziale elektrischer Energie in Deutschland ließen sich, ausgehend von heutigen Standards, rund 80 Prozent der Energie sparen.
Dazu braucht es neben der richtigen Wahl der Leuchtmittel eine optimale Regelung der notwendigen Beleuchtungsstärke, abhängig vom Tageslicht – auch das wird durch elektronische Ansteuerungen möglich.
Beispiel elektronisch gesteuerte Heizungspumpen
Bundesweit sind mehr als 30 Millionen Heizungspumpen im Einsatz, die etwa 3,5 Prozent der in Deutschland verwendeten elektrischen Energie benötigen. Das entspricht in etwa dem Bedarf aller elektrisch betriebenen Schienenfahrzeuge im Bahnnetz und öffentlichen Nahverkehr. Elektronisch geregelte Heizungspumpen mit optimierten Motoren verbrauchen bis zu 70 Prozent weniger Energie als ungeregelte Pumpen.
Betrachtet man nur diese Beispiele, wird deutlich, dass Leistungselektronik eine Schlüsseltechnologie im effizienten Umgang mit Energie und Rohstoffen ist. Schließlich ist der günstigste und sauberste Strom der, der nicht verbraucht wird. Dementsprechend viele Forschungsaktivitäten gibt es zum Thema; aktuell plant auch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Bereich Leistungselektronik eine Förderung von entsprechenden Projekten.