Forschungsprojekt

Bidirektionaler 3 kW PV-Batteriewechselrichter

Projektziel

Entwicklung eines Bidirektionalen 3kW PV-Batteriewechselrichters mit sehr hoher Leistungsdichte für eine Speicherlösung basierend auf Salzbatterien. 

Ausgangslage und Projektbeschreibung

Dezentrale Energiespeicher, insbesondere im Verbund mit Photovoltaikanlagen, bekommen eine immer grössere Bedeutung. Es besteht bei vielen Hausbesitzern ein emotionales und in steigendem Masse auch ein wirtschaftliches Interesse eine Solaranlage mit Batterie zu installieren, um den Eigenverbrauchsanteil zu erhöhen. Der entwickelte bidirektionale PV-Batteriewechselrichter muss lediglich an das PV Array und ans 230 V Netz angeschlossen werden, wobei das System für autarke Anlagen auch im Inselbetrieb verwendet werden kann.

Projektabschnitte

  • Definieren des Systemkonzepts und Durchführen einer Topologie-Recherche.
  • Aufbau von Teilschaltungen inklusive digitaler Regelung und Verifikation der Topologien.
  • Integration des Gesamtsystems in einem Funktionsmuster mit elektrischer und thermischer Optimierung.
  • Aufbau und Validierung eines Prototyps.

 

Eckwerte der Schaltung

 Netz-WechselrichterBatterie-KonverterPV-Konverter
Leistung3 kVA3 kW2 x 3 kW
Spannung230 VAC250-375 V150-600 V
TopologieHericBuck2x Non-Inverting Buck-Boost
Effizienz98.5 %98.8 %98.6 %
HalbleiterSilicon Carbide MOSFETs (SiC)
Schaltfrequenz100 kHz

 

Resultate

In Zusammenarbeit mit dem Industriepartner konnte das Projekt erfolgreich abgeschlossen werden. Da am Ende der budgetierten Zeit noch Ressourcen vorhanden waren, konnte das KTI um drei Monate verlängert werden, was zur Weiterentwicklung der Firmware verwendet wurde. 

  • Durch den Einsatz von modernsten Technologien und Optimierung konnte eine Effizienz von bis zu 99% erreicht werden.
  • Die Leistungsdichte konnte gegenüber kommerziell erhältlichen Wechselrichtern um ein Vielfaches erhöht werden.
  • Der Wechselrichter wird passiv gekühlt, es werden keine Lüfter benötigt.
  • Zum Reduzieren der Bauteilvielfalt wurden bei allen Konvertern die gleichen Spulen und MOSFETs eingesetzt.
  • Beide PV Eingänge werden unabhängig mit einem MPP Tracker geregelt.
  • Der Batteriespeicher kann zur Eigenverbrauchsoptimierung flexibel von den PV-Eingängen oder vom Netz geladen und entladen werden.
  • Im Anschluss an das KTI Projekt wurden in einem Direktauftrag 5 Prototypen gebaut und an Battery Consult ausgeliefert. 

Projektfinanzierung: KTI

Laufzeit: 31.03.2016 - 31.03.2018

Kooperation: Battery Consult AG