Schlussbericht GaN-HighPower: Kosten- und gewichtseffiziente PV- und Batterie-Wechselrichter großer Leistung für internationale Märkte der Zukunft durch Gallium-Nitrid (GaN) Halbleiter; Teilvorhaben der TH Köln: Gekoppelte Wickelgüter auf Basis von niederpermeablen Bandkernen: Möglichkeiten, Grenzen, Benchmark

Abstract

Ziel des Verbundforschungsvorhabens GaN-HighPower ist es, die nächste Generation kostengünstiger, ressourcenschonender und effizienter Stromrichter für Photovoltaikanwendungen zu erforschen und zu erproben, wobei der Fokus auf Stringwechselrichter mit größerer Leistung im Bereich von 150 kVA liegt. Hierfür sollen Galliumnitrid (GaN) Halbleitermodule zusammen mit anwendungsorientiert stark verbesserten induktiven Bauelementen und Stromsensoren erforscht und erprobt werden. Hierzu wurde im Rahmen von GaN-HighPower ein Demonstrator-Inverter aufgebaut. Im Zuge dessen wurde gezeigt, dass mit dem anvisierten Konzept der gekoppelten Induktivitäten eine Gewichtseinsparung von 50%, sowie eine Volumeneinsparung von 55% realisiert wurde. Zum einen wurde diese Einsparung durch die magnetische Kopplung erzielt, zum anderen durch den Einsatz von nanokristallinen Bandmaterial mit niedriger Permeabilität und niedrigen Verlusten. Die Erhöhung der Schaltfrequenz hatte ebenfalls einen Beitrag, jedoch zeigte sich bei der Betrachtung des Gesamtsystems eine optimale Schaltfrequenz bei 70kHz anstatt der bei der Antragstellung anvisierten 140kHz. Durch die Erhöhung der Gesamt-Leistungsdichte des Inverters, ist es möglich Material einzusparen und Ressourcen zu schonen.