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 - 30.09.2020

Projektleiter: Prof. Dr. Ulf Schümann | Prof. Dr. Ronald Eisele

Verbundpartner: 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 dem
Projektpartner Danfoss zu realisieren, sowie den anderen Projektpartnern optimierte Leistungsmodule zur
Evaluierung in einem PV bezogenen Technologiedemonstrator zur Verfügung zu stellen.