Das von Wissenschaftlern des deutschen Forschungsinstituts Fraunhofer ISE entwickelte Siliziumkarbidgerät hat einen Wirkungsgrad von 98,4% und kann in Photovoltaikprojekten im Versorgungsmaßstab eingesetzt werden.
Das Deutsche Fraunhofer-Institut für Solarenergiesysteme (ISE) hat eine 250 kW Siliziumkarbid (SiC) -Wechselrichter, der in PV-Projekten im Versorgungsmaßstab eingesetzt werden kann, die an ein Mittelspannungsnetz angeschlossen sind. Im Vergleich zu einem Standard-PV-Wechselrichter mit Siliziumtransistoren behaupten die Hersteller dieses SiC-Bauelements, dass kein a erforderlich ist 50-Hz-Transformator, wenn PV-Anlagen an Mittelspannungsnetze angeschlossen werden.
Der Wechselrichter ist mit gebaut 3,3-kV-SiC-Transistoren mit geringeren Leistungsverlusten als Standard-Siliziumtransistoren. „Dadurch ist es möglich, den Wechselrichterstapel mit einer Schaltfrequenz von 16 kHz zu betreiben“, so die Wissenschaftler des Fraunhofer. „Mit Siliziumtransistoren nach dem Stand der Technik sind in dieser Spannungsklasse nur etwa zehnmal niedrigere Schaltfrequenzen möglich.“ Laut den Wissenschaftlern hat das Gerät eine höhere Schaltfrequenz, was zu einer geringeren Größe der passiven Komponenten führt.
Der Fraunhofer ISE Wechselrichter war ebenfalls ausgestattet mit eine aktive Flüssigkeitskühlungstechnik, bei der ein flüssiger synthetischer Ester in die Vorrichtung gepumpt wird, um die Transistoren zu kühlen. „Gleichzeitig dient das Kühlmedium für die Filterdrosseln als elektrisches Isoliermedium, so dass die Filterdrosseln noch kompakter gestaltet werden können“, erklären die Forscher weiter.
Der Wechselrichter arbeitet mit einem Wirkungsgrad von 98,4% und kann in einem installiert werden Die modulare Kopplung mehrerer Wechselrichterstapel macht es nach Angaben der Hersteller ideal für den Einsatz von Megawatt-Systemen. „In Anbetracht des zusätzlichen Installationsraums für Schaltanlagen und Kühleinheiten kann eine Volumenersparnis des Wechselrichtersystems von bis zu 40 Prozent im Vergleich zu kommerziellen Wechselrichtersystemen dieser Spannungsklasse erzielt werden“, sagte das Forschungsinstitut.
Diese Konverter, die Wissenschaftler als „hochblockierende SiC-Bauelemente “können im Mittelspannungsbereich vielfältig eingesetzt werden. „Insbesondere bei großen Photovoltaik-Kraftwerken geht der Trend zu immer höheren Spannungen“, bestätigt Andreas Hensel, Leiter des Mittelspannungselektronik-Teams am Fraunhofer ISE.
Es ist bekannt, dass Wechselrichter auf Siliziumkarbidbasis eine höhere Leistungsdichte bieten und weniger Kühlung erfordern, was zu niedrigeren Gesamtsystemkosten führt als herkömmliche Wechselrichter auf Siliziumtransistorbasis. Defekte an der Grenzfläche zwischen dem Siliciumcarbid und dem isolierenden Siliciumdioxidmaterial sind jedoch immer noch ein großes Hindernis für die Massenproduktion der Technologie.
Deutscher Wechselrichterhersteller Kaco New Energy, eine Tochtergesellschaft des deutschen Industriekonglomerats Siemens, stellte im Dezember zwei SiC-Stringwechselrichter für Anwendungen in PV-Großprojekten vor. Andere Wechselrichterhersteller haben Siliziumkarbid-Bauelemente bisher nur als Prototypen oder in kleinen Serien entwickelt.
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