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Neues Forschungsvorhaben verbessert die Effizienz von Leuchtmitteln und Elektromotoren

Moderne Leuchtmittel verbrauchen bereits deutlich weniger Strom als die klassischen Glühbirnen. Dennoch gibt es noch jede Menge Potential, noch mehr Energie einzusparen und zugleich die Lichtausbeute von Leuchtdioden weiter zu steigern. Auch durch spezielle Ansteuer-Schaltungen für Elektromotoren lässt sich der Stromverbrauch deutlich weiter reduzieren. Diese Einsparmöglichkeiten will das Projekt Cool Drivers erschließen. Unter Federführung der Dresdner Tochter des Erfurter Halbleiterunternehmens X-FAB Semiconductor Foundries entwickeln die Forscher in drei Teilprojekten integrierte Motorsteuerungen, integrierte LED-Ansteuerungen sowie die dafür erforderlichen Halbleiter-Bauelemente und Fertigungsprozesse. Cool Drivers ist ein Bestandteil des Spitzenclusters „Cool Silicon“ in Sachsen und wird im Rahmen des Förderprogramms IKT 2020 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Für das Vorhaben wurden über einen Zeitraum von drei Jahren Fördermittel von etwa 1 Million Euro bewilligt. Ziel des BMBF ist es, durch die Förderung von Forschungsvorhaben Beiträge zur Steigerung der Energieeffizienz in vielen volkswirtschaftlich wichtigen Bereichen zu liefern, um damit zukünftig zu deutlichen Energieeinsparungen zu kommen.

 

Um die Energieeffizienz von Leuchtmitteln und elektromotorischen Anlagen zu verbessern, gibt es verschiedene Ansätze, die in dem Projekt Cool Drivers untersucht werden sollen. „Eine Erhöhung des Wirkungsgrades ist bereits durch einen optimierten elektronisch geregelten Leistungsfluss vom Netz zum Verbraucher zu erreichen“, erläutert Projektkoordinator Roberto Gärtner, Director Process Characterization bei der X-FAB Group den Ansatz. Die Forscher beschäftigen sich zudem mit der Reduktion von Koppelverlusten in Mehrantriebssystemen durch eine schnelle und echtzeitfähige Kommunikationstechnik und suchen nach Wegen zur Minimierung des Eigenverbrauchs der Leistungselektronik durch eine optimierte Integration und Partitionierung der einzelnen Komponenten. Die komplexen Regelalgorithmen, die die Forscher entwickeln, werden mittels einer Ultra-Low-Power-Technologie integriert und mit der Ansteuerelektronik sowie den Kommunikationskomponenten als Multi-Chip-Modul demonstriert. Dabei übernehmen die beteiligten Projektpartner klar umrissene Aufgabenpakete.

 

Die X-FAB Dresden GmbH & Co. KG, Dresden, ist für die Koordination des Projektes Cool Drivers verantwortlich. Der Chiphersteller entwickelt zudem Verfahren für den Entwurf und die Fertigung der Elektronikbausteine, die in dem Projekt entstehen werden. X-FAB wird die von den übrigen Partnern entwickelten Chips produzieren und ihre Zuverlässigkeit untersuchen.

 

Die PE GmbH aus Kesselsdorf bei Dresden wird einen Spezialchip (ASIC) entwerfen, der die bisher üblichen Vorschaltgeräte für Leuchtdioden (LED) ersetzen und damit ihre Nachteile beseitigen soll. Denn die bislang gebräuchlichen Schaltnetzteile verursachen auf der Energieversorgerseite Störstrahlung im jeweiligen Hausstromnetz. Bei Leuchtmitteln über 25 Watt ist eine sogenannte Leistungsfaktorkorrektur (PFC) gesetzlich vorgeschrieben, die diese unerwünschten Nebenerscheinungen verhindert. Das Problem: Die Leistungen von Energiespar- und LED-Leuchten bleiben in aller Regel unterhalb dieser gesetzlichen Grenze.

 

Die Idee der Dresdner Forscher: Die Konstantstromerzeugung für LED-Beleuchtungen gleich mit der Leistungsfaktorkorrektur verbinden – und zwar in einem Schaltkreis, der obendrein mit einer Kommunikationsfunktion ausgestattet wird. Dadurch wird eine Steuerung der LED-Lampe über das konventionelle Leitungsnetz möglich. Sie kann über diesen „digitalen Schalter“ ein- und ausgeschaltet sowie gedimmt werden. Damit wird auch der Einsatz von LED-Beleuchtungen in normalen Lampensockeln denkbar. Die PE GmbH wird mit der Technologie von X-FAB einen solchen Chip entwickeln und im Anschluß an das Projekt zur Marktreife führen.

Moderne Leuchtmittel verbrauchen bereits deutlich weniger Strom als die klassischen Glühbirnen. Dennoch gibt es noch jede Menge Potential, noch mehr Energie einzusparen und zugleich die Lichtausbeute von Leuchtdioden weiter zu steigern. Auch durch spezielle Ansteuer-Schaltungen für Elektromotoren lässt sich der Stromverbrauch deutlich weiter reduzieren. Diese Einsparmöglichkeiten will das Projekt Cool Drivers erschließen. Unter Federführung der Dresdner Tochter des Erfurter Halbleiterunternehmens X-FAB Semiconductor Foundries entwickeln die Forscher in drei Teilprojekten integrierte Motorsteuerungen, integrierte LED-Ansteuerungen sowie die dafür erforderlichen Halbleiter-Bauelemente und Fertigungsprozesse. Cool Drivers ist ein Bestandteil des Spitzenclusters „Cool Silicon“ in Sachsen und wird im Rahmen des Förderprogramms IKT 2020 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Für das Vorhaben wurden über einen Zeitraum von drei Jahren Fördermittel von etwa 1 Million Euro bewilligt. Ziel des BMBF ist es, durch die Förderung von Forschungsvorhaben Beiträge zur Steigerung der Energieeffizienz in vielen volkswirtschaftlich wichtigen Bereichen zu liefern, um damit zukünftig zu deutlichen Energieeinsparungen zu kommen.

 

Um die Energieeffizienz von Leuchtmitteln und elektromotorischen Anlagen zu verbessern, gibt es verschiedene Ansätze, die in dem Projekt Cool Drivers untersucht werden sollen. „Eine Erhöhung des Wirkungsgrades ist bereits durch einen optimierten elektronisch geregelten Leistungsfluss vom Netz zum Verbraucher zu erreichen“, erläutert Projektkoordinator Roberto Gärtner, Director Process Characterization bei der X-FAB Group den Ansatz. Die Forscher beschäftigen sich zudem mit der Reduktion von Koppelverlusten in Mehrantriebssystemen durch eine schnelle und echtzeitfähige Kommunikationstechnik und suchen nach Wegen zur Minimierung des Eigenverbrauchs der Leistungselektronik durch eine optimierte Integration und Partitionierung der einzelnen Komponenten. Die komplexen Regelalgorithmen, die die Forscher entwickeln, werden mittels einer Ultra-Low-Power-Technologie integriert und mit der Ansteuerelektronik sowie den Kommunikationskomponenten als Multi-Chip-Modul demonstriert. Dabei übernehmen die beteiligten Projektpartner klar umrissene Aufgabenpakete.

 

Die X-FAB Dresden GmbH & Co. KG, Dresden, ist für die Koordination des Projektes Cool Drivers verantwortlich. Der Chiphersteller entwickelt zudem Verfahren für den Entwurf und die Fertigung der Elektronikbausteine, die in dem Projekt entstehen werden. X-FAB wird die von den übrigen Partnern entwickelten Chips produzieren und ihre Zuverlässigkeit untersuchen.

 

Die PE GmbH aus Kesselsdorf bei Dresden wird einen Spezialchip (ASIC) entwerfen, der die bisher üblichen Vorschaltgeräte für Leuchtdioden (LED) ersetzen und damit ihre Nachteile beseitigen soll. Denn die bislang gebräuchlichen Schaltnetzteile verursachen auf der Energieversorgerseite Störstrahlung im jeweiligen Hausstromnetz. Bei Leuchtmitteln über 25 Watt ist eine sogenannte Leistungsfaktorkorrektur (PFC) gesetzlich vorgeschrieben, die diese unerwünschten Nebenerscheinungen verhindert. Das Problem: Die Leistungen von Energiespar- und LED-Leuchten bleiben in aller Regel unterhalb dieser gesetzlichen Grenze.

 

Die Idee der Dresdner Forscher: Die Konstantstromerzeugung für LED-Beleuchtungen gleich mit der Leistungsfaktorkorrektur verbinden – und zwar in einem Schaltkreis, der obendrein mit einer Kommunikationsfunktion ausgestattet wird. Dadurch wird eine Steuerung der LED-Lampe über das konventionelle Leitungsnetz möglich. Sie kann über diesen „digitalen Schalter“ ein- und ausgeschaltet sowie gedimmt werden. Damit wird auch der Einsatz von LED-Beleuchtungen in normalen Lampensockeln denkbar. Die PE GmbH wird mit der Technologie von X-FAB einen solchen Chip entwickeln und im Anschluß an das Projekt zur Marktreife führen.