Vergleich von Halbleitertechnologien und Schaltungstopologien zur Realisierung von Wechselrichtern für den Einsatz in Photovoltaiksystemen mit 1500 V Systemspannung

Der weltweite Photovoltaik-Zubau nimmt stetig zu. Dieses Wachstum ist zugleich Ursache und Folge einer anhaltenden starken Verringerung der Kosten der in Photovoltaik-Systemen verwendeten Komponenten. Vor diesem Hintergrund adressiert die vorliegende Arbeit aktuelle Entwicklungen bei Wechselrichtern für Photovoltaik-Großkraftwerke. Im Fokus steht eine Anwendung mit 1500 V maximaler Gleichspannung und Wechselrichtern mit 100 kW Nennleistung. Den Ausgangspunkt bildet eine Analyse der aus der Anwendung resultierenden Anforderungen an den Wechselrichter. Basierend darauf wird der Frage nachgegangen, wie die Leistungselektronik des Wechselrichters unter ökonomischen Gesichtspunkten optimal ausgelegt werden kann. Bei dieser Betrachtung wird neben Anforderungen bezüglich Wirkungsgrad, leitungsgebundener Störaussendung und Lebensdauer eine Vielzahl an Freiheitsgraden wie Schaltungstopologie, Technologie und Auslegung der Leistungshalbleiter sowie Schaltfrequenz und Auslegung des Ausgangsfilters berücksichtigt. Die entwickelten Modelle werden schließlich anhand von Messungen des Wirkungsgrades und der leitungsgebundenen Störaussendung eines Wechselrichterdemonstrators mit SiC-MOSFETs und einer Schaltfrequenz zwischen 36 bis 42 kHz validiert.