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Die SMA Solar Technology AG, die Fraunhofer-Institute für Solare Energiesysteme ISE sowie für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM und die Phoenix Contact GmbH & Co. KG haben nach drei Jahren intensiver gemeinsamer Arbeit das Forschungsprojekt PV-Pack zu innovativen Wechselrichter-Konzepten erfolgreich abgeschlossen. Ziel war es, alternative Lösungen in den Bereichen Kühlung sowie Aufbau- und Verbindungstechnik zu entwickeln, neue Materialien zu charakterisieren und diese Konzepte hinsichtlich der Wechselwirkungen mit der Leistungselektronik in Wechselrichter-Systemen zu optimieren. Mit den erzielten Projektergebnissen werden zukünftig deutlich kompaktere und kostengünstigere PV-Wechselrichter möglich sein. Das Verbundvorhaben wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Bekanntmachung „Leistungselektronik zur Energieeffizienz-Steigerung (LES) Teil 2: Elektronik für die Energie der Zukunft“ mit rund 1,4 Millionen Euro gefördert. Die Projektkoordination lag bei SMA.

Wechselrichter sind die technologisch wichtigste Komponente in Photovoltaikanlagen. Sie entscheiden über Effizienz und Zuverlässigkeit des gesamten Systems. Um die internationale Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Photovoltaik-Industrie weiter zu verbessern, muss die Wechselrichter-Technologie kontinuierlich weiterentwickelt und der technologische Vorsprung durch Innovationen in den verschiedenen Technologiefeldern weiter ausgebaut werden.

Heutige Solar-Wechselrichter bestehen zu mehr als 70 Prozent aus mechanischen und elektromechanischen Bauteilen für Verbindungs-, Stütz- und Kühlungsstrukturen. Ziel des Verbundforschungsprojekts PV-Pack war es daher, sich ganz gezielt mit diesen Elementen der Aufbau-, Verbindungs- und Kühlungstechnik auseinanderzusetzen, um durch neue Technologien, Materialen und Optimierungsmethoden deutlich kompaktere und kostengünstigere PV-Wechselrichter zu ermöglichen.

In der intensiven Zusammenarbeit von Wissenschaft und Industrie wurden im Rahmen von PV-Pack in diesem Zusammenhang vielfältige Innovationen erarbeitet und in einem Technologie-Demonstrator der 50-Kilowattklasse sowie einer Wechselrichter-Experimentierplattform mit neuartigen Siliziumkarbid-Halbleiterbauelementen evaluiert. Mit den neuen Technologieansätzen und Methoden konnten effiziente Wege für eine Verdoppelung der Leistungsdichte bei gleichzeitig deutlicher Kostenreduktion und Wahrung der bewährten SMA Gerätezuverlässigkeit erfolgreich demonstriert werden.

Erste Teilergebnisse des Projekts, wie beispielsweise das neuartige Geräteaufbaukonzept, werden bereits in diesem Jahr in seriengefertigte Solar-Wechselrichter von SMA einfließen. Die gewonnenen Erkenntnisse zu neuen Technologieansätzen und zur Methodik, wie diese optimal miteinander kombiniert werden können, stellen eine wichtige Grundlage für die weitere Vorlaufforschung und zukünftig darauf aufbauende Serienprodukte dar.

Das Projekt hat eindrucksvoll gezeigt, dass gerade in der mechanisch-thermischen Optimierung auf Basis neuer Materialien und Technologien ein großes noch unerschlossenes Potenzial für die Weiterentwicklung und die dringend nötige Kostenreduktion in der Wechselrichter-Technik steckt. Zudem kann durch den Einsatz neuer Siliziumkarbid-Bauelemente die Kompaktheit und Performance der Geräte nochmal deutlich gesteigert werden, was zusammen mit den im Vorhaben realisierten neuen Technologielösungen an einem entsprechenden, voll funktionsfähigen Labor-Wechselrichter praktisch nachgewiesen wurde. Die im interdisziplinären Verbundforschungsprojekt PV-Pack erzielten Ergebnisse werden so der deutschen Industrie helfen, im sich verschärfenden internationalen Konkurrenzkampf zu bestehen und den Produktionsstandort Deutschland zu erhalten.

Quelle: SMA Solar Technology AG

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