Fraunhofer ISE entwickelt hochkompakten USV-Wechselrichter; Bauteile aus Siliziumkarbid ermöglichen Wirkungsgrad von 98,7 %

Der Demonstrator mit neuartigen Bauteilen aus Siliziumkarbid wurde in Kooperation mit einem Industriepartner entwickelt und erzielte einen Wirkungsgrad von 98,7 Prozent. Die Ergebnisse ließen sich auch auf andere Bereiche der leistungselektronischen Energiewandlung, z. B. die Elektromobilität oder die mobile Stromversorgung, übertragen, berichtet das Institut in einer Pressemitteilung.

Wirkungsgrad spielt eine sehr große Rolle, wenn viel Energie über den USV-Wechselrichter übertragen wird
USV-Wechselrichter stellen bei Störungen im Stromnetz die Versorgung elektrischer Geräte sicher. In Kombination mit einer Batterie können sie Versorgungsstörungen verschiedener Länge überbrücken. Für besonders kritische Verbraucher, z. B. Rechenzentren, bieten „Online USVs“ den höchsten Schutz, da sie zwischen Netz und Last geschaltet werden. Dies hat allerdings zur Folge, dass auch während des störungsfreien Normalbetriebs sämtliche Energie über den USV-Wechselrichter übertragen wird.
Der Wirkungsgrad spielt daher für diese Anwendung eine sehr große Rolle, da er erheblichen Einfluss auf die Betriebskosten der USV-Einheit hat. Dieser Kontext war Ausgangspunkt für ein Projekt am Fraunhofer ISE, das nun erfolgreich abgeschlossen wurde.

Kompakter Aufbau bei hoher Effizienz
Durch den Einsatz von Transistoren aus Siliziumkarbid (SiC) konnten die Wissenschaftler den Aufbau eines USV-Wechselrichters mit einer Leistung von 10 kW und lediglich 5 l Volumen demonstrieren. Trotz des hochkompakten Aufbaus sei der sehr hohe Wirkungsgrad erreicht worden, betonen die Forscher. Die guten dynamischen und statischen Eigenschaften der SiC-Transistoren ermöglichen eine Taktfrequenz von 100 kHz.

Kostenersparnis durch höheren Wirkungsgrad
„Insgesamt spart diese Bauweise Kosten und Material auf Systemebene. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Taktfrequenz von 16 kHz reduzieren sich im von uns entwickelten USV-Wechselrichter die Größe und der Preis der Hauptinduktivität um circa zwei Drittel“, sagt Entwicklungsingenieur Cornelius Armbruster.
Für die Anwendung in Online-USV-Systemen spiele der Wirkungsgrad eine noch größere Rolle als die Materialeinsparungen, da diese nicht nur kurzfristige Spannungseinbrüche im Netz kompensieren, sondern elektrische Geräte permanent über die USV mit Strom versorgen.

Material mit Perspektive: Siliziumkarbid
Das Fraunhofer ISE forscht und entwickelt seit vielen Jahren auf dem Gebiet der hoch effizienten Leistungselektronik für regenerative Energiesysteme und der Anwendung neuester Bauelemente aus Galliumnitrid und Siliziumkarbid. Der Technologie-Demonstrator, der im Auftrag von ROHM Semiconductor entwickelt wurde, zeigt erneut, welche Potenziale in diesen Halbleitermaterialien stecken.
Die in der Schaltung eingesetzten SiC-Transistoren stammen von ROHM Semiconductor. Mit diesem Halbleitermaterial sollen künftig Transistoren für noch höhere Ströme verfügbar sein und damit Systeme mit wesentlich höheren Leistungen realisiert werden.

04.09.2015 | Quelle: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH