Galliumnitrid-Schalttechnologie für Solar-Leistungsoptimierer

Die Infineon Technologies AG liefert ihre 100-Volt-Galliumnitrid-Schaltbausteine (GaN) an die BRC Solar GmbH zur Integration in Leistungsoptimierer auf Modulebene. Dieser Hardware-Einsatz zielt auf private und gewerbliche Solarenergie-Ökosysteme ab und bietet einen Mechanismus zur Maximierung des Photovoltaik-Energieertrags durch die Abschwächung der Auswirkungen von Teilverschattungen auf einzelne Solarmodule.

Reduzierung von Teilverschattungen in Photovoltaikanlagen
Bei Photovoltaik-Aufdachanlagen wird das Maximum Power-Point Tracking (MPPT) traditionell auf Strangebene implementiert. In dieser Konfiguration reduziert eine Teilverschattung oder Verschmutzung eines einzelnen Solarmoduls die elektrische Leistung des gesamten angeschlossenen Modulstrangs überproportional. Durch die Verlagerung der MPPT-Funktionen auf die Ebene der einzelnen Module mithilfe eines Leistungsoptimierers können Systeme das leistungsschwächere Modul isolieren. Dieser Hardware-Ansatz eliminiert den Leistungsverlust durch das schwächste Modul und stabilisiert den Gesamtenergieertrag der gesamten Infrastruktur für erneuerbare Energien.

Schaltdynamik von Galliumnitrid-Bausteinen
BRC Solar verwendet die 100-Volt-GaN-Transistoren als zentrale Schalttechnologie in seinen Optimierereinheiten. Im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) weist die GaN-Technologie grundlegend andere Schalteigenschaften auf. GaN-Bausteine bieten geringere Schaltverluste und können mit deutlich höheren Schaltfrequenzen betrieben werden. Dieser Hochfrequenzbetrieb ermöglicht es den Hardware-Ingenieuren, die physikalische Größe der internen passiven Komponenten wie Induktivitäten und Kondensatoren zu reduzieren, sodass die gesamte Optimiererschaltung auf einer stark begrenzten Grundfläche Platz findet. Darüber hinaus erzeugt das GaN-Schalten geringere elektromagnetische Interferenzen (EMI), was die Einhaltung behördlicher Vorschriften für Hochfrequenzemissionen in Wohnumgebungen vereinfacht.

Hardware-Gehäuse und Implementierungsmaßstab
Die 100-Volt-GaN-Transistoren sind in einem 3 mal 5 Millimeter großen SMD-Gehäuse (Surface-Mount Device) untergebracht. Dieses spezifische Gehäuseformat ermöglicht es BRC Solar, eine hohe Leistungsdichte zu erreichen und die Kosten für Hardwarekomponenten mit den physischen Platzbeschränkungen in Einklang zu bringen.

Zur technischen Begründung dieser Integration merkte Johannes Schoiswohl, Senior Vice President bei der Infineon Technologies AG, an, dass die Nutzung der GaN-Schalttechnologie eine höhere Effizienz und größere Leistungsdichte sowie eine cloudbasierte Leistungsüberwachung in einem kompakten Formfaktor ermöglicht. Dies erweitert die funktionalen Grenzen von Photovoltaik-Aufdachanlagen. Ähnlich äußerte sich Pascal Ruisinger, CFO der BRC Solar GmbH, der darauf hinwies, dass die Verwendung von Galliumnitrid es dem Unternehmen ermöglicht, Kosten, physische Abmessungen und elektrische Effizienz in seiner Optimierer-Hardware auszubalancieren, um eine optimierte Energieausbeute zu liefern.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt detailliert technische Spezifikationen und wettbewerbsbezogene Benchmarks, die nicht in der ursprünglichen Produktankündigung enthalten sind.

Auf dem Markt für 100-Volt-Leistungstransistoren mit großer Bandlücke (Wide-Bandgap) konkurriert Infineon mit Halbleiterherstellern wie Efficient Power Conversion (EPC), Navitas Semiconductor und Texas Instruments. Herkömmliche siliziumbasierte 100-Volt-MOSFETs leiden typischerweise unter einer höheren Gate-Ladung und einer Eigenschaft, die als Sperrverzögerungsladung (Reverse Recovery Charge, Qrr) bekannt ist. Diese schränkt ihre Schaltfrequenzen stark auf den unteren Bereich von einigen Hundert Kilohertz ein, bevor die Wärmeableitung unkontrollierbar wird.

GaN-Transistoren mit hoher Elektronenmobilität (High-Electron-Mobility Transistors, HEMTs) verfügen von Natur aus über keine Body-Diode, was zu einer Sperrverzögerungsladung von null führt. Im Vergleich zu 100-Volt-Silizium-Äquivalenten können 100-Volt-GaN-Bausteine effizient bei Schaltfrequenzen von über 1 Megahertz betrieben werden. Dieses spezifische Fehlen von Sperrverzögerungsverlusten ist die wichtigste objektive Messgröße, die es Herstellern von Solaroptimierern ermöglicht, die Größe der magnetischen Komponenten drastisch zu verkleinern und die Gesamtleistungsumwandlungseffizienz des Moduls zu erhöhen. Objektive Benchmarks für die Auswahl dieser Komponenten konzentrieren sich in der Regel auf die Minimierung des Drain-Source-Einschaltwiderstands (R_DS(on)) und der Gate-Ladung (Q_g).

Bearbeitet von Aishwarya Mambet, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.

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