Hochschule Bonn-Rhein-Sieg entwickelt Stromrichter für Photovoltaikanlagen der nächsten Generation
Solarenergie kommt bei der Energiewende eine wichtige Rolle zu. Doch die Photovoltaik (PV) unterliegt seit Jahren einem großen Preisdruck, während die Anforderungen an die Geräte steigen. In dem auf drei Jahre angelegten Forschungsprojekt „GaN-HighPower“ arbeitet die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS) an der nächsten Generation kostengünstiger, ressourcenschonender und effizienter Stromrichter für Photovoltaikanwendungen mit. Mit Stromrichtern kann elektrischer Strom umgeformt werden. In diesem Fall wandelt ein Generator Sonnenenergie in Gleichstrom; der Stromrichter wiederum wandelt diesen in Wechselstrom, der in das Stromnetz eingespeist werden kann. Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie bis 2024 mit 585.000 Euro gefördert.
Neben der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg arbeiten an dem Projekt „GaN-HighPower“ das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE, die Technische Hochschule Köln sowie die Unternehmen SMA Solar Technology AG, Infineon Technologies AG und Vacuumschmelze GmbH & Co. KG mit. Die Fördersumme des Bundes für das Verbundprojekt beträgt insgesamt 4,1 Millionen Euro.
Der Fokus des Projektes liegt auf der gemeinsamen Erforschung und Erprobung eines PV-Wechselrichters im höheren Leistungsbereich von über 100 kVA (Kilovoltampere), von neuartigen Galliumnitrid (GaN)-Halbleitermodulen, von neuen magnetischen Bauteilen sowie Stromsensoren. Bislang ist die Anwendung der GaN-Technologie – etwa in Mobiltelefonen – auf deutlich kleinere Leistungsbereiche beschränkt. Die H-BRS charakterisiert und modelliert die GaN-Halbleiter-Module, erarbeitet die infrage kommende Stromrichtertopologie (also die „Schaltungen“ für die Umformung des elektrischen Stromes) und stimmt sie auf die weiteren Komponenten ab. „Gerade eine funktionierende Ansteuerelektronik für die schnellschaltenden GaN-Halbleiter zu entwickeln, stellt eine wesentliche Herausforderung dar“, sagt Professor Dr. Marco Jung vom Fachbereich Elektrotechnik, Maschinenbau und Technikjournalismus, der das Projekt an der H-BRS leitet.
Von den neuartigen GaN-Halbleitermodulen erhoffen sich die Forscher laut Projektleiter Jung eine deutlich höhere Schaltfrequenz im anvisierten Leistungsbereich als bislang. Dadurch wiederum könnte das Leistungsgewicht der Photovoltaikwechselrichter, gemessen in Kilogramm pro Kilowatt, deutlich reduziert werden. Unter anderem würden die magnetischen Bauteile dadurch kleiner und leichter.
