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Mehr Effizienz und Vielseitigkeit für Fotovoltaik-Designs der nächsten Generation

Mehr Effizienz und Vielseitigkeit für Fotovoltaik-Designs der nächsten Generation

Fotovoltaik spielt eine wichtige Rolle, um den wachsenden Energiebedarf in Europa zu decken. Im vergangenen Jahr betrug der Anteil an Sonnenenergie fast 7% der Gesamtstromerzeugung in Deutschland (fast 41.000MW). Auch in Ländern wie Spanien, Portugal und Griechenland ist dieser Anteil sehr hoch. Effizientere Solaranlagen sind entscheidend, um die Sonne in Zukunft als Energiequelle stärker nutzen zu können. Neuerungen im Materialbereich steigern die Umwandlungseffizienz, so dass ein größerer Anteil des auf die Sonnenkollektoren einfallenden Lichts in Strom umgewandelt wird. Ebenfalls im Gange sind Versuche, die Effizienz der zugehörigen Leistungselektronik deutlich zu verbessern.
 

Mikro-Wechselrichter werden immer beliebter. Anstatt mehrere Solarpanels (wie ein herkömmlicher Wechselrichter) abzudecken, sind Mikro-Wechselrichter an jedem einzelnen Panel angebracht. Ihr Nutzen im Bereich der Fotovoltaik wurde erkannt und trägt entscheidend zum Ausbau dieser Technik bei. Obwohl die anfänglichen Kosten für solche Systeme ein wenig höher sind, bieten sie zahlreiche Vorteile. Dazu zählen die höhere Skalierbarkeit und die Möglichkeit, Panels in verschiedenen Konfigurationen zu installieren, ohne die Gesamtsystemleistung zu beeinträchtigen.
 

Darüber hinaus benötigen Mikro-Wechselrichter keine identischen Solarzellen, was Beschränkungen in Bezug auf eine bestimmte Hardware erübrigt. Dies lässt viel Spielraum, um Änderungen am System vorzunehmen, dort wo sie erforderlich sind. Da jedes Solarpanel individuell überwacht wird, lassen sich auch Diagnosefunktionen anwenden. Änderungen der betrieblichen Leistungsfähigkeit mit zunehmendem Alter können so erkannt und Fehler behoben werden.
 

Entwickler von Fotovoltaik-Wechselrichtern müssen die Verluste minimieren. Der Großteil davon bezieht sich auf Schaltverluste der entsprechenden Leistungstransistoren. Die Einführung von Halbleitermaterialien mit großer Bandlücke – wie Galliumnitrid (GaN) oder Siliziumcarbid (SiC) – bietet die Möglichkeit, den Wirkungsgrad des Systems zu steigern. Allerdings sind die Kosten, die mit GaN- bzw. SiC-Transistoren verbunden sind, beträchtlich höher als die ihrer siliziumbasierten Gegenstücke. Infolgedessen untersuchen Entwickler, wie sie neue Schaltungsdesigns nutzen können, um den Wirkungsgrad zu steigern, während das Kostenbudget nicht überschritten wird. Advanced Synchronous Reverse Blocking (A-SRB) erweist sich hierbei als äußerst effektiv.
 

Toshiba hat eine Reihe A-SRB-basierter Halbleiterlösungen entwickelt, mit denen Entwickler den Wirkungsgrad des Wechselrichters verbessern und die Systemgröße verringern können. Für Mikro-Wechselrichter mit einer maximalen Eingangsleistung von 300W bietet Toshiba zum Beispiel eine komplette Halbbrücke an, die Gate-Treiber mit A-SRB-Funktion, Schalttransistoren und SiC-basierte Schottky-Dioden enthält.
 

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