Wechselrichtersysteme mit Stromzwischenkreis zur Netzanbindung von Photovoltaik-Generatoren

Leistungselektronische Wandler für die Anpassung der volatilen photovoltaischen DC-Generatoren an die vergleichsweise starren Anforderungen der Verteil- und Übertragungsnetze gewinnen rasant an Bedeutung. Die Wechselrichtertechnik basiert dabei auf zwei Grundkonzepten: Wechselrichter mit Spannungszwischenkreisen und solche mit Stromzwischenkreisen. Obgleich Stromzwischenkreise von der Quellencharakeristik her für die Einspeisung in die niederohmigen Energieversorgungsnetze vorteilhaft erscheinen, haben insbesondere selbstgeführte Topologien bis heute kaum Bedeutung erlangt. Somit stellt sich die Frage, welche grundlegenden Kriterien es gäbe, die ihren Einsatz behindern oder sogar befördern könnten. Ausgehend vom Stand der Technik werden die beiden Grundkonzepte einem systematischen Vergleich unterzogen. Allgemeine Zielstellungen sind neben einem hohen Wirkungsgrad die Reduktion der Kosten, die Minimierung von passiven Bauelementen, sowie die Nutzung neuer systemtechnischer Vorteile. Systemvorteile ergeben sich u. a. aus der Integration des Wechselrichters in ein PV-Modul. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein dafür geeigneter einstufiger Stromzwischenkreis-Wechselrichter mit sehr hohem Wirkungsgrad präsentiert. Betrachtet werden auch neue Wechselrichterschaltungen mit indirekten (gesteuerten) Stromzwischenkreisen. Mit diesen lassen sich die Vorzüge weniger schneller Schalter auf der Gleichstromseite mit den positiven Eigenschaften von Thyristoren (Kosten, Robustheit) auf der Netzseite kombinieren. Dies eröffnet auf der einen Seite neue Möglichkeiten für den Einsatz moderner Halbleitertechnologien. Besondere Vorteile versprechen hier SiC-JFETs, die jedoch inhärent selbstleitend sind. Dies widerspricht dem heutigen Paradigma nur selbstsperrende Schalter in der Leistungselektronik einzusetzen. Neue Schaltungskonzepte können aber speziell auf den Einsatz von SiC-JFETs zugeschnitten werden. Auf der anderen Seite werden Thyristorschaltungen in die Lage versetzt, gemäß der neuen Netzanschlussrichtlinie, durch Einspeisung auch induktiver Blindleistung zur Stabilisierung des Energieversorgungsnetzes beizutragen. Neben der theoretischen Machbarkeit solcher Systeme wird ebenso die technische Realisierung anhand unterschiedlicher Ausführungsbeispiele beschrieben und durch Messungen dokumentiert.