Neues Schutzkonzept für Wechselrichter verbessert Netzsicherheit
Ein deutsch-schweizerisches Forscher- und Industriekonsortium hat neues Schutzkonzept für Wechselrichter entwickelt, das bei Fehlern einen dauerhaften Kurzschluss in unter 1 Millisekunde herbeiführt. Mit diesem halbleiterbasierten Schutzsystem steigen Sicherheit und Integrationsfähigkeit moderner Wechselrichter für erneuerbare Energien deutlich.
Schnelle Reaktion schützt vor Schäden
Mit dem zunehmenden Anteil erneuerbarer Energien im Stromnetz steigen die Anforderungen an Sicherheitssysteme. Insbesondere Wechselrichter, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, müssen bei Fehlern extrem schnell reagieren. Herkömmliche Schutzschaltungen benötigen oft bis zu 100 Millisekunden – zu langsam für heutige Anforderungen.
Ein deutsch-schweizerisches Team aus Fraunhofer IMWS, TU Dresden und Infineon Bipolar hat daher ein Schutzkonzept entwickelt, das bei einem Fehlerereignis innerhalb von weniger als einer Millisekunde einen kontrollierten Kurzschluss auslöst.
Carola Klute vom Fraunhofer IMWS beurteilt den Erfolg folgendermaßen: „Das ist eine wichtige Grundlage für neue Leistungselektroniklösungen, die eine verbesserte Netzanbindung von regenerativen Energien ermöglichen.“
Neues Schutzkonzept für Wechselrichter: Warum diese Lösung zukunftsweisend ist
Mit dem vermehrten Einsatz von IGBT- und SiC-Halbleiterwechselrichtern steigen Spannungen und Stromdichten deutlich. Im Fehlerfall entstehen enorme Kurzschlussströme, die klassische Schutzsysteme nicht zuverlässig beherrschen.
Das neue Schutzkonzept kombiniert fortschrittliche Schaltungstechnik mit speziellen Halbleiterstrukturen, um bei Störungen sofort einen Kurzschluss zu erzeugen, der die Anlage schützt. Verbesserte Materialien und Gehäusekonstruktionen verhindern zusätzlich Schäden wie Gehäusebrüche oder Plasmalecks.
Technischer Aufbau im Überblick
Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden verschiedene Prototypen unter realitätsnahen Bedingungen getestet und systematisch ausgewertet. Dabei kamen fortschrittliche Analyseverfahren wie Röntgenbildgebung, Rasterelektronenmikroskopie und akustische Mikroskopie zum Einsatz, um mikroskopische Schäden und Materialveränderungen sichtbar zu machen.
Besonders überzeugend war eine Bauweise mit einer festen anodenseitigen Verbindung zwischen einem massiven Trägersubstrat und einer lose aufliegenden kathodenseitigen Kontaktscheibe. Diese Konfiguration ermöglichte eine zuverlässige Kurzschlussauslösung innerhalb von unter einer Millisekunde. Ein eigens entwickelter Prüfkatalog ergänzte die Tests und ermöglichte eine präzise Bewertung des Materialverhaltens bei thermischer und elektrischer Belastung sowie der Langzeitzuverlässigkeit des Systems.
Bedeutung für Netz und Branche
Mit steigender Einspeisung aus dezentralen Quellen wächst der Bedarf an schnellen Schutzmaßnahmen. Das neue Konzept erhöht die Netzsicherheit, vereinfacht die Integration leistungsstarker Anlagen und reduziert Betriebsrisiken. Das System erlaubt Anlagenbetreibern, Projekte mit höheren Leistungsdichten umzusetzen und dabei gleichzeitig die Betriebskosten zu senken.
Chancen und Herausforderungen
Die Technologie bietet großes Potenzial für Hersteller, Betreiber und Netzverantwortliche. Gleichzeitig stellen sich Herausforderungen hinsichtlich Markteinführung, Normierung und Kosteneffizienz. Auch regulatorische Anpassungen sind erforderlich, um die Schutztechnik flächendeckend einsetzbar zu machen.
Darüber hinaus gilt es, den Wissenstransfer zwischen Forschung, Industrie und Gesetzgebung zu fördern. Nur wenn alle Beteiligten frühzeitig einbezogen werden, lassen sich praxistaugliche Standards entwickeln und technologische Innovationssprünge in marktfähige Lösungen überführen. Pilotprojekte, Förderprogramme und gemeinsame Zertifizierungsinitiativen könnten dabei helfen, die Einführung zu beschleunigen und gleichzeitig die Sicherheit neuer Systeme umfassend zu dokumentieren. So kann die neue Schutztechnologie nicht nur technische Exzellenz beweisen, sondern auch Vertrauen bei Anwendern und Investoren gewinnen.
Perspektive: Von der Forschung in die Anwendung
Ein neues Schutzkonzept für Wechselrichter markiert einen Meilenstein für die Sicherheit und Leistungsfähigkeit zukünftiger Energiesysteme. Hersteller sollten die Technik in neue Produkte integrieren, Netzbetreiber und Regulatoren müssen geeignete Normen schaffen. So wird sichergestellt, dass der Fortschritt nicht an der Marktzulassung scheitert, sondern zur Basis einer stabileren, klimafreundlichen Energiezukunft wird.
Wichtig ist dabei auch ein koordiniertes Zusammenspiel zwischen Industrie, Forschungseinrichtungen und Behörden. Nur durch gemeinsame Standards, offene Schnittstellen und klare Vorgaben kann die Schutztechnologie systemübergreifend wirken – etwa in Kombination mit Speichern, Wechselrichtern und intelligenten Netzkomponenten. Langfristig eröffnet dies die Chance, ganze Energieinfrastrukturen robuster zu gestalten und zugleich die Transformation hin zu einem dezentralen, flexiblen Energiesystem massiv zu beschleunigen.