Zwei Kilowatt sollte das kleine Gerät umwandeln können, das hatte Google vorgegeben. Zum Vergleich: Das Netzteil eines Laptops liefert rund vierzig Watt. Der entwickelte Wechselrichter muss demnach die fünfzigfache Leistung konvertieren – und das mit möglichst wenigen Energieverlusten. Der gewichtete Wirkungsgrad, so legte es Google ausserdem fest, sollte mindestens 95 Prozent betragen. Der IZM-Wechselrichter erreicht sogar einen Spitzenwirkungsgrad von 97 Prozent und gehörte zu den Favoriten der Challenge. Den ersten Platz ergatterte nun ein Mitbewerber, doch Eckart Hoene, quasi der Vater des IZM-Wechselrichters, zieht positive Bilanz: „Mich freut, dass wir auf die richtige Topologie gesetzt haben, unser Konzept gleicht dem des Gewinners verblüffend“.
Eine neue Dimension
Knapp ein Jahr haben die IZM-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Zusammenarbeit mit der ETH Zürich an einem Prototypen gearbeitet. Ausgestattet mit Galliumnitrid-Halbleitern mit einer Sperrspannung von 650 Volt wurde dabei eine neue Dimension von Schaltgeschwindigkeit erreicht. Mit einer Schaltfrequenz von bis zu 1.6 Megahertz - also 1.6 Millionen Mal pro Sekunde - übertrifft der IZM-Wechselrichter die marktüblichen 16 Kilohertz um das Hundertfache.
Mit hohen Taktfrequenzen kann die Gesamtgrösse des Geräts erheblich reduziert werden. Es gilt: Je höher sie sind, desto kleiner können die passiven Bauelemente wie Spulen und Kondensatoren ausfallen. Dabei hatte die Entwicklung und Einarbeitung der vier Spulen, der sogenannten Drosseln, dem Team um Professor Eckart Hoene viel Geduld abverlangt. Doch es hat sich gelohnt: Vom slowenischen Erfinder Franc Zajc von Hand gefertigt, sind die Spulen mittlerweile zum Patent geworden. Ihre besondere Wicklung minimiert Stromwärmeverluste in der Kupferwicklung, die durch den sogenannten Skin- und Proximity-Effekt ausgelöst werden.
Im Juli vergangenen Jahres wurde eine erste Forschungsskizze bei Google eingereicht. Die überzeugte die Jury und die Forscher schafften es in die Finalrunde – unter die ersten achtzehn. Im Oktober schickten sie dann ihren Demonstrator – bereits die vierte Generation – ins Rennen.
Text: Fraunhofer IZM
1 Kommentare
Mich überrascht, das an der ETH nicht das metrische Masssystem üblich ist ( WR-Grösse 4 inch) und bei der Sperrspannung sollte es wohl 650 m Vanstelle von 650 Volt heissen.