Fraunhofer IMWS stellt neues Schutzkonzept für Wechselrichter mit IGBTs und SiC-Halbleitern vor

Im Rahmen des Projekts »GreenGridGuard« hat sich das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) an der Entwicklung eines Schutzkonzepts für Wechselrichter mit IGBT-Modulen und Halbleitern auf Basis von Siliziumkarbid (SiC) beteiligt. Laut dem Fraunhofer IMWS erzwingt das neue Schutzkonzept im Störfall in unter einer Millisekunde einen dauerhaften Kurzschluss, schaltet den Wechselrichter sicher ab und verhindert Plasmaaustritte. Heute verfügbare Lösungen seien auf klassische Energieerzeugungsanlagen ausgelegt und benötigten eine Abschaltzeit von bis zu 100 Millisekunden. Für den Bereich der regenerativen Energien sei dies zu lang.

Einige Wechselrichter-Konfigurationen seien durch klassische Überstromeinrichtungen nicht mehr ausreichend geschützt, so das Fraunhofer IMWS. Maßgeblich betroffen von diesem Problem seien die Freilaufdioden-Chips von IGBT-Modulen, da diese den Stromfluss im Falle von unzulässigen Kurzschlussströmen nicht aktiv stoppen könnten. Das könne zu einer Explosion der Halbleitermodule führen, gefolgt von Plasmaaustritten, die zusätzliche Kurzschlüsse an weiteren Komponenten des Gesamtsystems auslösen könnten.

Um hier eine Lösung zu entwickeln, haben die Infineon Bipolar GmbH, die Technische Universität Dresden und das Fraunhofer IMWS im gerade abgeschlossenen Projekt »GreenGridGuard« zusammengearbeitet. »Wir haben das Materialverhalten und die Schutzwirkung neuartiger Halbleiter untersucht und zugleich Lösungen entwickelt, wie sich mit einer Kombination aus Leistungsschaltern und Halbleitern im Störfall sehr schnell und dauerhaft ein gezielter Kurzschluss erzeugen lässt. Dieser sorgt dafür, dass der Wechselrichter sich abschaltet – somit sind die weiteren Komponenten vor einem Überstrom geschützt«, sagt Carola Klute, die das Teilvorhaben »Materialdiagnostik und Zuverlässigkeitsanalyse« am Fraunhofer IMWS geleitet hat, zu den Ergebnissen. »Das ist eine wichtige Grundlage für neue Leistungselektroniklösungen, die eine verbesserte Netzanbindung von regenerativen Energien ermöglichen.«

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