Thema: Verbundvorhaben: PV-Kraftwerk2025 - Innovationen für die nächste Generation PV-Kraftwerke: Neue Bauelemente, Systemlösungen und Wechselrichter für eine kostengünstige und netzdienliche Stromversorgung; Teilvorhaben: Performance-Module
Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Forschungskennzahl: 0324211E
Fördersumme: 678.765 €
Laufzeit: 01.10.2017 - 31.03.2021
Projektleiter: Prof. Dr. Ulf Schümann | Prof. Dr. Ronald Eisele
Verbundpartner: Fachhochschule Kiel | SMA Solar Technology AG | Infineon Technologies AG | Danfoss Silicon Power GmbH | Universität Kassel | RWTH Aachen EON ERC
Kurzfassung: Das Ziel des Teilvorhabens ist die Entwicklung eines voll funktionsfähigen, praxistauglichen, und optimierten Leistungsmoduls. Dies beinhaltet insbesondere angepasste Komponenten wie eine Modul-Sensorik zur Zustandsüberwachung und eine funktionelle Wärmespreizplatten für den erfolgreichen Einsatz neuartiger Halbleiter-Bauelemente auf Basis von Siliziumkarbid (SiC) für eine neue Generation PV Leistungselektroniklösungen.
Auf Basis eines auf dem Markt verfügbaren Leistungsmoduls soll eine für den Einsatz von extrem schnellschaltenden SiC-Bauelementen optimierte Variante erarbeitet werden, die zudem eine erhöhte Lebensdauer aufweist. Aufbauend auf Untersuchungsergebnisse der FH-Kiel wird die Zuverlässigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Produkten erhöht. Folgende Forschungsansätze werden hierbei verfolgt:
- Durch thermische Dehnungsdifferenzen zwischen dem SiC-Chip und dem Standard-Schaltungsträger (DCB) aus Al2O3 kommt es zu erheblich schnellerem Risswachstum. Daher wird das Substrat als dehnungskompatible Keramik in Si3N4 oder AlN ausgeführt. Hierzu müssen neue Fertigungsprozesse entwickelt werden
- Kühlungsverbesserung durch neuentwickelte, dehnungsangepasste Wärme-spreizplatte (Hybrid-Bodenplatte), die in Schicht-Metalltechnik hergestellt wird.
- Verbesserung der Lebensdauer von Hochstrom-Leistungsmodulen durch Lösungsansätze im Rahmen von Intelligenter Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) zur Steigerung der Zuverlässigkeit und Ermöglichung vorausschauender Wartung
Die Untersuchungen werden verwendet um ein Prototypenkonzept abzuleiten und gemeinsam mit der
Projektpartnerin Danfoss zu realisieren, sowie den anderen Projektpartner*innen optimierte Leistungsmodule zur
Evaluierung in einem PV bezogenen Technologiedemonstrator zur Verfügung zu stellen.
