Abschlussbericht

Modulwechselrichter der vierten Generation

Autor:
Christian Schöner, Gilles Rouffaud, Jochen Mielke, Henning Fricke Begemann, Alexander Stadler, Lukas Reißenweber
Verlag:
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Publikationstyp:
Forschungsbericht
Förderkennzeichen:
0324136A-C
Bibliographische Angaben:

Christian Schöner, Gilles Rouffaud, Jochen Mielke, Henning Fricke Begemann, Alexander Stadler, Lukas Reißenweber: Projekt: "ModulWR_4" : Modulwechselrichter der vierten Generation. Abschlussbericht. Freiburg, 2020, PDF, 141 S., 12,62 MB.

Bezugspreis: Kostenloser Download

Inerhalb des Forschungsprojektes ModulWR_4 wurden innovative Lösungen für die modulintegrierte Leistungselektronik entwickelt. Sie bietet vor allem bei kleineren Solaranlagen und gebäudeintegrierter Photovoltaik technische Vorteile.

Im Rahmen dieses Vorhabens haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler neue Technologien für modulintegrierte Leistungselektronik erforscht. Um die Systemkosten weiter zu reduzieren, gegenüber heutigen Lösungen für einen Modulwechselrichter der vierten Generation, haben sie beispielsweise folgende Innovationen untersucht:

  • Verzicht auf ein Wechselrichtergehäuse
  • Direkte Einlaminierung des Wechselrichters auf der Rückseite des Solarmoduls
  • Extrem flache Bauweise des Wechselrichters mit maximal 25 mm Bauhöhe, um die Leistungselektronik einzulaminieren
  • Integrierte passive (magnetische und kapazitive) Bauelemente, die extrem flach aufgebaut sein müssen
  • Neuartiges Aufbau- und Passivkühlkonzept für Umgebungstemperaturen bis 80 °C bedingt durch den integrierten Aufbau

Modulwechselrichter sind extremen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Daher spielt das Kühlkonzept eine wichtige Rolle. Unter Solarmodulen, die auf einem Dach montiert sind, können beispielsweise Temperaturen zwischen -40 Grad Celsius und +80 Grad Celsius auftreten. Das Herzstück bildet die leistungselektronische Topologie. Die geringe Leistung, das hohe Spannungsübersetzungs-verhältnis sowie die Blindleistungsfähigkeit sind ebenfalls große Herausforderungen bei der durchzuführenden Studie. Um die Baugröße der passiven Bauelemente wesentlich zu verringern, sind hohe Schaltfrequenzen notwendig. Daraus resultieren höhere Anforderungen an die Rechenleistung des Mikrocontrollers und der darin implementierten Regelung, damit die Rechenschritte bei gleichzeitig niedrigem Energieverbrauch auch in der notwendigen Zeit ausgeführt werden können.

Aus technischer Sicht können modulintegrierte Wechselrichter auf einen Transformator verzichten. Allerdings haben sich die Projektteams für eine galvanische Trennung entschieden, um ebenfalls den internationalen Anforderungen gerecht zu werden.

Die erzielten Ergebnisse können sowohl kurz- bis mittelfristig in vermarktungsfähige Modulwechselrichter in flacheren Gehäuseformen als auch langfristig in neue Produkte, integriert in Solarmodule, einfließen.

Letzte Aktualisierung: 01.06.2020

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