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Konsortium entwickelt kostengünstigeren Wechselrichter

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme haben gemeinsam mit Partnern untersucht, wie eine neue, kostenoptimierte Generation von PV-Wechselrichtern aussehen kann.

Lesezeit: 2 Minuten

Wie die Photovoltaikmodule sind auch die Wechselrichter einem stetig steigenden Kostendruck ausgesetzt. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) haben gemeinsam mit Partnern untersucht, wie eine neue Generation von PV- Wechselrichtern unter dem Aspekt der Kostenoptimierung aussehen kann. Das Ziel: Eine optimierte Kühlungs-, Verbindungs- und Aufbautechnik für effiziente, schnell getaktete und hochintegrierte Photovoltaik-Wechselrichter der Leistungsklasse bis 70 kW Leistung zu finden.


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Um dieses zu erreichen hat sich mit der SMA Solar Technology AG, dem Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, der Phoenix Contact GmbH & Co. KG und dem Fraunhofer ISE ein vielseitiges Konsortium zusammengefunden. Am Anfang der Projektarbeit stand eine Kostenanalyse der mechanischen und elektromechanischen Komponenten, deren Kostenanteil bei heutigen Geräten bei bis zu 70 % liegt. Zu den mechanischen Komponenten zählen das Gehäuse, die Kühlungskomponenten und Stützstrukturen. Die elektromechanischen Komponenten umfassen Bauteile wie Steckverbinder, Induktivitäten und Leiterkarten.


Zentrales Element des neuen Konzepts ist der sogenannte »Heiße Kern«. Dabei kann die in den Halbleitern auftretende Wärme über den Kühlkörper abgeführt werden. Durch die Abkopplung des Kühlkörpers vom Gehäuse konnten die Entwickler das maximal mögliche Temperaturniveau um 30 % anheben. Das Aufbaukonzept beinhaltet unterschiedliche Temperaturzonen, welche sich durch die Art der Kühlung, die maximalen Temperaturen und die IP-Schutzklassen differenzieren. So lassen sich die kühleren Zonen nutzen, um kostengünstige Bauteile mit geringeren Temperaturanforderungen einzusetzen. Auch bei den Leiterkarten ließen sich durch den Einsatz von Standardtechnologien Kosten einsparen.


Mithilfe der gezielten Verwendung von Siliciumkarbid-Halbleitern (SiC) und den damit verbundenen höheren Taktfrequenzen gelang es den Forschern, die passiven Elemente erheblich zu verkleinern, wodurch sich zum einen die Leistungsdichte steigern und gleichzeitig auch hier der Materialeinsatz reduzieren ließ.


Den Projektpartnern ist es laut Fraunhofer ISE gelungen, kostengünstige am Markt verfügbare Technologien aufzugreifen, diese zu modifizieren und optimal kombiniert in einem Gesamtgerätekonzept zu vereinen. Der maximal gemessene Wirkungsgrad des entwickelten Wechselrichters beträgt inklusive Eigenverbrauch 98,8 %, der europäische Wirkungsgrad des Gesamtgeräts liegt bei 98,3 %. Die Reduktion des Volumens konnte im Wesentlichen auch durch den Einsatz von kleineren mechanischen und elektromechanischen Komponenten erreicht werden.



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