Abgeschlossenes Projekt: "SwiSS“ Halbleiterbasierter SiC-Trafo

Das Bild zeigt verschiedene Komponenten eines Elektrizitätsnetzes.

Es wurden Technologien für hocheffiziente Leistungselektroniksysteme auf Basis von Silizium-Karbid (SiC) entwickelt und ein Einsatz im Stromnetz untersucht.

​Im NFP-70-Verbundprojekt "'SwiSS' Halbleiterbasierter SiC-Trafo" wurden Technologien für hocheffiziente Leistungselektroniksysteme auf der Basis von Silizium-Karbid (SiC) für Netz-Anwendungen entwickelt und deren möglicher Einsatz im Schweizer Stromnetz am Beispiel eines halbleiterbasierten Transformators (solid-state trans-former, SST) untersucht.

Unter der Leitung von Prof. Nicola Schulz vom Institut für Aerosol- und Sensortechnik der Fachhochschule Nordwestschweiz hat das Forschungsteam verschiedene neue Technologien, die zur Realisierung effizienter, kompakter und zuverlässiger SiC-basierter Leistungselektroniksysteme beitragen, entwickelt und zum ersten Mal demonstriert. Zu den wichtigsten Ergebnissen gehören eine neue Analysemethode für die SiC/SiO2-Grenzfläche in SiC-basierten Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) unter Verwendung eines Freie-Elektronen-Lasers, eine vollständig passive und dennoch leistungsfähige Kühlmethode für SiC-Elemente und die Realisierung eines extrem kompakten AC/DC-SST auf der Grundlage des neuesten 10kV-SiC-MOSFET mit bisher unerreichter Effizienz (AC/DC-Stufe: 99,1%; DC/DC-Stufe: 99%). Das Design der einzelnen Technologien wurde so angelegt, dass sie zueinander kompatibel sind, um Wandler zu ermöglichen, die alle Vorteile in einem System vereinen.

Darüber hinaus wurde das Potenzial künftiger Anwendungen von SiC-SST am Beispiel eines realen Verteilnetzes mit 100 Transformatoren geprüft. Bei umfassender Einbindung von Photovoltaik-Quellen gemäss den Zielen der Energiestrategie 2050 empfehlen die Forschenden eine hybride Transformatortechnologie, mit der bei gleichzeitig minimalem ökologischem Fussabdruck sowohl Nieder- als auch Mittelspannungsnetze stabilisiert werden.