Fraunhofer IEE

Leistungselektronik: Aktive Schaltentlastung ermöglicht Materialeinsparung bei Stromrichtern

7.10.2019

Neben den leistungselektronischen Schaltern werden in Stromrichterschaltungen auch passive Baulemente wie Drosselspulen und Kondensatoren benötigt. Die Größe und damit auch Gewicht und Kosten sinken mit steigenden Taktfrequenzen. Allerdings steigen mit den Taktfrequenzen auch die Schaltverluste in den leistungselektronischen Schaltern. Zusammen mit Partnern aus der Industrie will das Fraunhofer IEE in Kassel in dem vom BMWi geförderten Forschungsprojekt PV-MoVe nun aktive Schaltentlastungsnetzwerke entwickeln, die die Schaltverluste bei hohen Taktfrequenzen deutlich reduzieren.

Demonstrator eines Photovoltaik-Wechselrichters mit 30 kVA Leistung: Das erreichte Leistungsgewicht des neu entwickelten Gesamtsystems beträgt 0,93 kg/kW gegenüber 2,3 kg/kW im Mittel des Standes der Technik. In dem neuen Projekt PV-MoVe wird durch Materialeinsparungen eine Halbierung des spezifischen Leistungsgewichts auf ca. 0,5 kg/kW angestrebt.
© Fraunhofer IEE l Beushausen

Demonstrator eines Photovoltaik-Wechselrichters mit 30 kVA Leistung: Das erreichte Leistungsgewicht des neu entwickelten Gesamtsystems beträgt 0,93 kg/kW gegenüber 2,3 kg/kW im Mittel des Standes der Technik. In dem neuen Projekt PV-MoVe wird durch Materialeinsparungen eine Halbierung des spezifischen Leistungsgewichts auf ca. 0,5 kg/kW angestrebt.

In einem Ende 2018 abgeschlossenen Projekt 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 Demonstrator eines Photovoltaik-Wechselrichters mit 30 kVA Leistung entwickelt, der die Vorteile von SiC-Halbleitern in der Anwendung aufzeigt. Das erreichte Leistungsgewicht des neu entwickelten Gesamtsystems beträgt 0,93 kg/kW gegenüber 2,3 kg/kW im Mittel des Standes der Technik.

Nun wollen die Verbundpartner in dem neuen Projekt PV-MoVe die nächste Generation kostengünstiger, ressourcenschonender und effizienter Stromrichter für Photovoltaikanwendungen erforschen, entwickeln und erproben. Hierfür sollen aktive Schaltentlastungsnetzwerke zusammen mit anwendungsorientiert stark verbesserten Leistungshalbleitern und passiven Bauelementen erforscht und erprobt werden. Angestrebt wird durch Materialeinsparungen eine Halbierung des spezifischen Leistungsgewichts auf ca. 0,5 kg/kW.

Neben der Photovoltaik sehen die Verbundpartner weitere Anwendungsfelder für die neue Stromrichtergeneration in stationären Batteriespeichern zur Netzstützung und Bereitstellung von Netzdienstleistungen wie z. B. Schwarzstartfähigkeit und Aufbau von Mikronetzen. Darüber hinaus eignen sich die angestrebten Technologien insbesondere auch für den Einsatz in netzfernen Regionen. Das geringere Gewicht vereinfacht den Transport und die geringeren Verluste reduzieren den Kühlbedarf.

Erste Projektergebnisse möchte das Konsortium Mitte 2020 zur PCIM vorstellen.