Mittelspannungs-Wechselrichter für PV-Anlagen

Den nach eigenen Angaben weltweit ersten Mittelspannungs-Stringwechselrichter für Großkraftwerke hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) entwickelt und erfolgreich in Betrieb genommen. Das teilte das Institut nun mit. Das Konzept könne die Grundlage für die nächste Generation von PV-Großkraftwerken, aber auch für Anwendungen in Windkraftanlagen, Elektromobilität oder Industrie darstellen und biete die Möglichkeit für enorme Kosten- und Ressourceneinsparungen.

Bislang habe es vor allem zwei Gründe gegeben, warum PV-Stringwechselrichter mit einer maximalen Ausgangsspannung von 800 V (AC) arbeiteten: zum einen die technische Herausforderung, einen effizienten und kompakten Wechselrichter auf Basis von Silizium-Halbleitern zu bauen und zum anderen die aktuellen Normen, die nur den Bereich der Niederspannung und damit maximal 1.500 V (DC) beziehungsweise 1.000 V (AC) abdeckten.

Der nun neu entwickelte Wechselrichter erlaube bei einer Leistung von 250 kVA die Anhebung der Ausgangsspannung auf 1.500 V und damit in den Mittelspannungsbereich. Möglich sei dies durch den Einsatz von hochsperrenden Siliziumkarbid-Halbleitern. Darüber hinaus habe man ein Kühlkonzept mit Heatpipes entwickelt, das den Materialeinsatz von Aluminum reduzieren könne.

Ebenso reduziert werden könne duch die Erhöhung der Spannung der Kupferverbrauch: So werde bei einem herkömmlichen Stringwechselrichter mit einer Leistung von 250 kVA bei einer Ausgangsspannung von 800 V (AC) ein minimaler Kabelquerschnitt von 120 Quadratmillimetern benötigt. Erhöhe man die Spannung auf 1.500 V (AC), sinke der Kabelquerschnitt auf 35 Quadratmillimeter. Das reduziert den Forschenden zufolge den Kupferverbrauch um etwa 700 Kilogramm pro Kilometer Kabel.
 
Partner für Pilotprojekt gesucht

Das Projektteam beschäftige sich nun mit den normativen Fragen, die sich durch die Anhebung der Spannung ergeben. Darüber hinaus suche man Entwickler von Photovoltaik-Parks und Netzbetreiber für die Erprobung des Kraftwerkskonzeptes im Feld. Auch sei der Schritt über die Grenzen der Niederspannung hinaus für andere Anwendungen wie beispielweise Windkraftanlagen interessant, wo durch die steigenden Anlagenleistungen ebenfalls große Kabelquerschnitte benötigt würden. Aber auch in der Ladeinfrastruktur für größere Elektro-Fahrzeuge bzw. -fuhrparks oder Industrienetze berge ein Mittelspannungs-Wechselrichter Einsparpotenzial durch die Reduktion von Kabelquerschnitten.

Das Projekt „MS-LeiKra“ wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert und in Kooperation mit den Projektpartnern Siemens und Sumida durchgeführt.