Grüne Mobilität Straßenbahnen: 10 Prozent weniger Energieverbrauch dank Siliziumkarbid

Ein gemeinsamer Feldtest der Siemens Mobility und der Stadtwerke München hat gezeigt, dass sich mit Leistungshalbleitern auf Basis von Siliziumkarbid (SiC) der Energiebedarf von Straßenbahnen um zehn Prozent senken lässt.

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Mit dem Leistungsmodul XHP 2 auf Basis von Siliziumkarbid lässt sich der Energieverbrauch von Straßenbahnen deutlich senken.
Mit dem Leistungsmodul XHP 2 auf Basis von Siliziumkarbid lässt sich der Energieverbrauch von Straßenbahnen deutlich senken.
(Bild: Infineon)

Der weltweite Trend zur schrittweisen Abschaffung fossiler Energieträger hat herausfordernde Folgen für zahlreiche Branchen, darunter auch das Transportwesen. Der Trend zur grünen Mobilität sieht beispielsweise die Verringerung von Kurzstreckenflügen im Inland sowie weniger Reisen mit dem Auto vor, was wiederum das Wachstum des Schienenverkehrs begünstigen wird. Staatliche Maßnahmen im Rahmen der Dekarbonisierung unterstützen diese Entwicklung: In Europa sind unterschiedliche Förderprogramme in Milliardenhöhe für den Schienenverkehr geplant. Auch dort stehen Veränderungen an, denn Diesellokomotiven und -triebwagen sollen Schritt für Schritt durch umweltfreundliche, elektrische Lösungen ersetzt werden.

Angesichts der kommenden Anforderungen der grünen Mobilität müssen jedoch neue Technologien entwickelt werden, wobei insbesondere die Steigerung der Energieeffizienz ein zentrales Ziel ist. Um diese Entwicklung zu adressieren, wird Infineon Leistungshalbleiter mit CoolSiC MOSFET und .XT-Technologie im XHP 2-Gehäuse auf den Markt bringen – zugeschnitten auf die Anforderungen des Zugverkehrs.

Halbleiterlösungen für leisere Straßenbahnen

Bei einem gemeinsamen Feldtest der Siemens Mobility und der Stadtwerke München (SWM) konnte sich das XHP 2-Leistungsmodul von Infineon bereits beweisen: In München wurde eine Avenio-Straßenbahn mit diesen Leistungsmodulen ausgestattet und ein Jahr lang im Fahrgastbetrieb getestet, wobei rund 65.000 km zurückgelegt wurden. Siemens Mobility gab hierzu bekannt, dass mit dem Einsatz von Leistungshalbleitern auf Basis von Siliziumkarbid (SiC) der Energiebedarf von Straßenbahnen um zehn Prozent gesenkt werden konnte. Gleichzeitig war es möglich, Motorengeräusche im Fahrbetrieb deutlich zu reduzieren.

„Innovative Halbleiterlösungen für die Bahntechnik sind ein wichtiger Treiber für grüne Mobilität. Der erfolgreiche Feldtest in einer Straßenbahn in München belegt, welche Vorteile die SiC-Technologie für Hersteller, Bahnbetreiber und Anrainer bietet“, betont Dr. Peter Wawer, Präsident der Industrial Power Control Division von Infineon. Die Tests fanden im Rahmen des europäischen Entwicklungs- und Forschungsprojektes PINTA statt und sind Teil der umfangreichen europäischen Forschungs- und Innovationsinitiative Shift2Rail, bei der durch gezielte Investitionen ein zukunftsfähiges europäisches Eisenbahnsystem geschaffen werden soll.

Höhere Energieeffizienz dank Siliziumkarbid

Die Implementierung von SiC in Leistungsmodule für Zugantriebssysteme ist jedoch eine große Herausforderung: Neben einem effizienten und sehr robusten SiC-Chip sind Gehäuse erforderlich, die hohe Schaltgeschwindigkeiten erlauben, sowie Verbindungstechnologien, die eine lange Lebensdauer ermöglichen. Genau diese Eigenschaften bietet das Leistungsmodul von Infineon: Da Züge häufig beschleunigen und abbremsen, sind die Leistungszyklen für Halbleiter in Bahnanwendungen sehr anspruchsvoll. Die damit verbundenen ständigen Temperaturschwankungen belasten die Verbindungstechnik. Abhilfe schafft die .XT-Technologie von Infineon. Die Technologie verbessert die Lebensdauer bei Leistungszyklen erheblich und wird seit Jahren erfolgreich in ähnlich herausfordernden Anwendungen wie Windkraftanlagen eingesetzt.

Im XHP 2-Leistungsmodul von Infineon ermöglichen CoolSiC-MOSFET-Chips niedrige Wandlungsverluste bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit. Sie sind die Basis für hohe Energieeffizienz und kommen bereits heute in vielen Anwendungen, beispielsweise Photovoltaikanlagen, zum Einsatz. Das XHP 2-Gehäuse von Infineon zeichnet sich durch eine geringe Streuinduktivität, ein symmetrisches und skalierbares Design sowie hohe Stromtragfähigkeit aus. Damit ist das Gehäuse ideal für SiC geeignet.

So sorgen Siliziumkarbid MOSFETs neben den etablierten Anwendungsbereichen Photovoltaik und Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge jetzt auch im Bereich der schienengebundenen Fahrzeuge für deutlich mehr Energieeffizienz.

Infineon führt am 31. März 2022 das „Industrial Wide-Bandgap Developer Forum” für Design- und Entwicklungsingenieure als virtuelle Veranstaltung durch. Im Rahmen der Veranstaltung wird Stefan Schönewolf von Siemens Mobility über SiC in Schienenfahrzeugen referieren. Interessierte Personen können sich hier kostenfrei zur Veranstaltung anmelden.

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