Meilensteine der Elektronik

Vom Selen zum Siliziumkarbid: Historie der Leistungselektronik

Seite: 4/4

Anbieter zum Thema

Die erste großindustriell ausgelegte Windkraftanlage, die in den 1980ern erbaute Growian des RWE, nutzte hierzu einen Leonard-Satz. Die auf 3 MW ausgelegte Anlage erzeugte Verluste in der Größenordnung von 500 kW. Moderne Dreiflügler sind heute mit Leistungen jenseits der 6 MW im Einsatz, der Wirkungsgrad der Energiewandlung ist von den ungefähr 80 % des Growians auf Werte um 97 % gestiegen. Eine Anlage der 3-MW-Klasse erzeugt weniger als 100 kW Verlustleistung und erbringt bei 2000 Volllaststunden im Jahr im Vergleich zum Growian eine zusätzliche energetische Ausbeute von 800.000 kWh.

Alleine die Steigerung des Wirkungsgrades durch die Leistungselektronik liefert ein Plus an Energie das ausreichend ist, um 200 zusätzliche Haushalte zu versorgen. Die von Solarzellen bereitgestellte Gleichspannung bedarf ebenfalls einer Anpassung an die Bedingungen des zu speisenden Netzes.

Auch hier könnte der Leonard-Satz zum Einsatz kommen, aber auch hier liefert die Energiewandlung mittels leistungselektronischer Komponenten das ungleich bessere Ergebnis.

Ist nun das Ende der Entwicklung erreicht?

In den letzten 30 Jahren avancierte der IGBT zur Kernkomponente der Leistungselektronik und ist in dieser Zeitspanne stetig effizienter, leistungsstärker und zuverlässiger geworden. Der stetige Versuch, Geräte immer effizienter, kleiner und in Summe kostengünstiger zu gestalten ist die treibende Kraft hinter der Entwicklung von Schaltern mit immer besseren Eigenschaften, geringeren spezifischen Verlusten und höheren Stromtragfähigkeiten.

Ein noch relativ junger Trend in der Leistungselektronik bringt weiteres Potenzial in die Halbleitertechnologie ein. Die sogenannten Wide-Bandgap Materialien Gallium-Nitrit (GaN) und Siliziumkarbid (SiC) öffnen den Pfad hin zu noch effizienteren Bauelementen, höheren Stromtragfähigkeiten und höheren Schaltfrequenzen.

Für leistungselektronische Aufbauten existiert heute eine übliche Obergrenze der volumetrischen Leistungsdichte von etwa 2 kW/Liter. 2011 demonstrierte Infineon den auf SiC-Komponenten aufgebauten Matrixumrichter mit einer Leistungsdichte von 20 kW/Liter.

Wenngleich zwischen Prototyp und möglichem Serien-Design einer leistungselektronischen Entwicklung noch Abstriche an der Leistungsdichte zu erwarten sind, ist dennoch deutlich erkennbar, wohin der Weg führt – ein Ende lässt diese Entwicklung aber nicht erkennen. Gerade erste im Mai 2016 sind auf der Branchenmesse PCIM Europe die jüngsten Innovationen in Sachen SiC bei Infineon vorgestellt worden. Der SiC-MOSFET auf Basis der etablierten Trench-Technologie ist der jüngste Meilenstein in der Geschichte der Leistungselektronik – ganz sicher ist er aber nicht der letzte.

Dieser Beitrag erschien zuerst auf unserem Schwesterportal www.elektronikpraxis.de

* Dr. Martin Schulz arbeitet im Application Engineering bei Infineon Technologies in Warstein.

Jetzt Newsletter abonnieren

Verpassen Sie nicht unsere besten Inhalte

Mit Klick auf „Newsletter abonnieren“ erkläre ich mich mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung (bitte aufklappen für Details) einverstanden und akzeptiere die Nutzungsbedingungen. Weitere Informationen finde ich in unserer Datenschutzerklärung.

Aufklappen für Details zu Ihrer Einwilligung

Artikelfiles und Artikellinks

(ID:45725260)