IGBT – Leistungshalbleiter für die Energiewende
Elektromobilität und Wechselrichter in Photovoltaikanlagen benötigen Halbleiterbausteine, die hohe Ströme bei hohen Spannungen mit geringen Verlusten schalten können.
IGBT steht als Abkürzung für Insulated Gate Bipolar Transistor. Wie allgemein bekannt ist, wird der Steuereingang eines bipolaren Transistors als Basis bezeichnet. Gate bezeichnet den Steuereingang eines MOSFET (= Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Dennoch beinhaltet das Kürzel IGBT den Begriff eines klassischen bipolaren Transistors und in der Tat vereint dieser Baustein die Eigenschaften beider Halbleiter-Typen: die hohe Schaltleistung eines bipolaren Transistors mit den geringen Verlusten am Steuereingang eines MOSFET. Ein moderner IGBT bietet schnelle Schaltzeiten, die jedoch Grenzen besonders im Ausschaltverhalten haben. Ein weiterer Nachteil ist ein spezielles Verhalten des IGBT bei sehr hohen Strömen. Beim so genannte Latch up-Betrieb zündet der IGBT wie ein Thyristor. Allerdings sind die Eigenschaften eines IGBT im Rückwärtsbetrieb nicht mit denen eines Thyristors vergleichbar.
Spezifische Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit
Die Fähigkeit, Wärme zu leiten, aber auch zu speichern ist in der Energietechnik von großer Bedeutung. Wärmespeicher werden in Solarthermie-Anlagen bereits sehr zahlreich eingesetzt. Die Speicherung der Wärme setzt sowohl ein Medium voraus, das in der Lage ist, große Wärmemengen zu speichern als auch ein System, das einen hohen Wärmewiderstand bzw. eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, um das Entweichen gespeicherter Wärmeenergie in die Umgebung zu verhindern.
Das Hot Dry Rock-Verfahren
Rund 90% des geothermalen Gesamtpotenzials in Deutschland sind der petrothermalen Geothermie zuzuordnen. Das bedeutet, dass die interessantesten Wärmequellen in sehr großer Tiefe zu finden sind, wo es allerdings keine Heißwasser-Zonen (Aquifere), sondern lediglich hartes kristallines heißes Gestein gibt.
Risiken der Geothermie
Der Anteil der Geothermie an den heute insgesamt eingesetzten regenerativen Energieträgern ist – trotz der Beständigkeit infolge fehlender Volatilität – noch sehr gering. Dies liegt vor allem an den verschiedenen Risiken, die ein Geothermieprojekt mit sich bringt. Diese sind:
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geologische Risiken
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Standort- und Fündigkeitsrisiken
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wirtschaftliche Risiken
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politische Risiken
Tiefe Geothermie
Vergleichsweise hohe Temperaturen des Erdreiches gibt es erst in sehr tiefen Regionen. So werden zur Nutzung geothermaler Energie Abteufungen von mehreren tausend Metern vorgenommen.
Grundsätzlich kann man von einem Temperaturgradienten ausgehen, der ca. 3K/100m Bohrtiefe entspricht. Das bedeutet, dass die Temperatur in 1000m Tiefe rund 30K über der an der Oberfläche liegt. Wirtschaftlich betriebene Anlagen arbeiten mit Tiefen zwischen 3000m und 6000m. Man muss allerdings bei der tiefen Geothermie zwischen petrothermaler und hydrothermaler Geothermie und bei letzterer zwischen "Hochenthalpie-" und "Niedrigenthalpie"-Bereiche unterscheiden.