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Forscher entwickeln kostengünstigere PV-Wechselrichter

© Fraunhofer IEE | Beushausen© Fraunhofer IEE | BeushausenKassel - In einem Verbundforschungsprojekt ist ein neuartiger Wechselrichter auf Silicium Carbid Basis entwickelt worden. Die Taktfrequenz konnte deutlich gesteigert, das Gewicht reduziert und die Systemkosten verringert werden.

In einem vom BMWi und BMBF geförderten Verbundforschungsprojekt haben die Kaco new Energy GmbH, Kassel (Koordination), das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE, Kassel, die Infineon Technologies AG, Neubiberg, und die SUMIDA Components & Modules GmbH, Obernzell, einen neueartigen PV-Wechselrichter mit 30 kVA Leistung auf Basis von SiC-Halbleitern entwickelt.

Einsatz von Silicium-Karbid-Halbleitern bringen Vorteile
Aufgrund der physikalischen Eigenschaften von Silizium-Karbid-Leistungshalbleitern (SiC) können sehr schnelle und verlustarme unipolare Bauelementkonzepte wie MOSFET oder Schottkydioden auch für hohe Sperrspannungen wie in PV-Wechselrichtern sinnvoll realisiert werden, so das Fraunhofer IEE. Durch diese Eigenschaften ist es möglich, Wechselrichterschaltungen mit erheblich höheren Taktfrequenzen einzusetzen und gleichzeitig die Verluste zu senken. Im Fall von PV-Wechselrichtern lässt sich so eine deutlich höhere Leistungsdichte umsetzen, da nun die gewichts- und kostenbestimmenden magnetische Elemente deutlich kleiner ausgeführt werden können. Auch beim Kühlkörper als weiteres volumentreibendes Element sind Einsparungen möglich.

Neuer Demonstrations-Wechselrichter mit höherer Taktfrequenz ist leichter
Im Rahmen des Forschungsprojekts PV-LEO ist nun ein Demonstrator eines PV-Wechselrichters mit 30 kVA Leistung entwickelt worden, der die Vorteile von SiC-Halbleitern in der Anwendung aufzeigt. Bei herkömmlichen Wechselrichtersystemen, die mit typischen Taktfrequenzen von 17 kHz arbeiten, haben die Drosselkomponenten und die Kühlung, einen Anteil am Gesamtgewicht des Systems von bis zu 50 Prozent. Durch die Erhöhung der Taktfrequenz auf 50 kHz konnte das Gewicht der Drosselkomponenten in etwa halbiert werden. Aufgrund der kleineren Bauform der Drosseln müssen beim Aufbau allerdings zusätzliche Maßnahmen zur Entwärmung getroffen werden, um Hotspots innerhalb der Bauteile zu vermeiden. Trotz der höheren Aufwendungen für SiC-Halbleiter konnte auf Systemebene eine Kostenreduzierung erreicht werden.

© IWR, 2019


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