Forschungsschwerpunkt

Bei der Entwicklung marktfähiger, leistungselektronischer Systeme muss eine Vielzahl teils widersprüchlicher Anforderungen erfüllt werden. Hoher Wirkungsgrad, Robustheit, Zuverlässigkeit, niedrige Kosten, hohe Lebensdauer, hohe Leistungsdichte und eine gute elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) müssen für die jeweilige Anwendung bewertet und gegeneinander abgeschätzt werden.

Ziel des Verbundprojektes SOlar ist die Erarbeitung einer Simulations- und Entwurfsmethodik zur schnellen und zielgerichteten Auslegung leistungselektronischer Systeme. Diese soll es erlauben, durch validierte Simulationsmodelle und Optimierungsstrategien die wesentlichen Eigenschaften bereits in einem frühen Entwicklungsstadium systematisch zu berücksichtigen und so unnötige (und teure) Rekursionen in der Entwicklung von neuen, hocheffizienten leistungselektronischen Systemen zu vermeiden. Die verschiedenen Simulationswerkzeuge für konstruktiven, thermischen, elektrischen und elektromagnetischen Entwurf sollen verbessert und untereinander besser vernetzt werden.

Für die Überprüfung der entwickelten Modelle wird am Fraunhofer IZM abteilungsübergreifend ein 15kW-Solarumrichter entwickelt, aufgebaut und getestet. Der angestrebte Spitzenwirkungsgrad liegt bei 98,5 %, der EU-Wirkungsgrad bei 97,5 % bis 98 %. Erreicht wurden 98,6 %. Die verwendeten Siliziumcarbid (SiC) – Chips erlauben eine Schaltfrequenz von 48kHz, was zu einer drastischen Volumenreduzierung der passiven Bauelemente, vor allem der Netzfilterdrosseln und der Zwischenkreiskondensatoren, führt. Die Komponenten werden verlustoptimal ausgelegt. Dies ermöglicht perspektivisch weiterhin bezahlbare Geräte, da die Kosten für SiC-Bauteile mit zunehmender Verbreitung sinken werden, während sie für Kupfer steigen.

Das Gesamtvolumen des Projektdemonstrators kann um ca. 70 % im Vergleich zum Modell gleicher Leistung des derzeitigen Marktführers für Solarwechselrichter reduziert werden, das Gesamtgewicht wird voraussichtlich bei etwa 15 kg liegen.

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