Artikel vom 18.01.2008, Druckdatum 09.07.2020

Fraunhofer ISE: Neuer Rekord für Wechselrichter-Wirkungsgrad

Mit 98,5 Prozent hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE (Freiburg) einen neuen Weltrekord für Fotovoltaik Wechselrichter aufgestellt. Mit Siliziumkarbid-Bauelementen des amerikanischen Herstellers CREE, Inc. konnte die Verlustleistung herkömmlicher Geräte um 30 bis 50 Prozent verringert werden, da sie schneller schalten und geringere Durchlassverluste haben als bisher verwendete Bauelemente aus Silizium. Die Freiburger Forscher/innen sind weltweit die ersten, die das neue Halbleitermaterial in Wechselrichtern getestet haben.

Wechselrichter wandeln den von Fotovoltaik Anlagen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um und speisen ihn ins öffentliche Netz ein. Je höher der Wirkungsgrad des Wechselrichters, desto höher ist der Ertrag der gesamten Anlage  

„Siliziumkarbid-Bauelemente schalten schneller und haben kleinere Durchlassverluste als bisher verwendete Bauelemente aus Silizium“, so Dr. Bruno Burger, Leiter der Gruppe Leistungselektronik am Fraunhofer ISE. „Dank unserer guten Beziehungen zum amerikanischen Hersteller CREE sind wir die Einzigen, die bereits über Transistoren aus dem neuen Material verfügen. Wir haben sie charakterisiert und in bestehende Wechselrichter integriert. Durch eine Optimierung der Geräte speziell für das Siliziumkarbid ließe sich der Wirkungsgrad bestimmt noch weiter steigern“. 

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ist führend auf dem Gebiet der Fotovoltaik Wechselrichter. Vor 25 Jahren haben die Ingenieur/innen den ersten transformatorlosen Wechselrichter vorgestellt und die transformatorlose Technik bis heute stetig weiter entwickelt. Sie hat sich bei der Solarstromerzeugung inzwischen durchgesetzt. Transformatorlose Wechselrichter sind effizienter, kostengünstiger und leichter als Geräte mit Transformatoren. 

Das derzeitige Hauptanwendungsgebiet des Halbleiters Siliziumkarbid SiC sind weiße LEDs, die gerade die Beleuchtungstechnik revolutionieren, so das ISE. SiC-Dioden sind schon seit einiger Zeit verfügbar. Die für die Leistungsstufe in Wechselrichtern nötigen MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistoren) gab es bisher nicht. 

Bruno Burger und sein Team erzielten den Wirkungsgrad Rekord mit einem einphasigen Wechselrichter mit der zum Patent angemeldeten HERIC®-Topologie, der eine Nennleistung von 5 Kilowatt hat. Bei einem dreiphasigen Wechselrichter mit 7 Kilowatt Nennleistung steigerten sie den Wirkungsgrad von 95,1 Prozent auf 97,5 Prozent.

Bei Wechselrichtern ist aber nicht nur der maximale Wirkungsgrad wichtig: Für hohen Ertrag sollte er über einen möglichst weiten Leistungsbereich hoch sein. Der „Europäische Wirkungsgrad“ ist ein genormter Mittelwert bei verschiedenen Leistungen. Wechselrichter mit den Siliziumkarbid-Bauteilen von CREE erzielten auch bezüglich dieser Definition einen neuen Rekord.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
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