Vishay-Interview »Passive Bauelemente erleben Renaissance in der Leistungselektronik«

Gerade bei Drahwiderständen hat der Applikationsbereich der erneuerbaren Energien und die mit ihm verbundene Leistungselektronik einen Nachfrageboom nach leistungsfähigen und hochbelastbaren Widerständen jenseits des SMD-Spektrums ausgelöst.
Gerade bei Drahwiderständen hat der Applikationsbereich der erneuerbaren Energien und die mit ihm verbundene Leistungselektronik einen Nachfrageboom nach leistungsfähigen und hochbelastbaren Widerständen jenseits des SMD-Spektrums ausgelöst.

Der Anwendungsbereich Erneuerbare Energien hat für die Bauelemente-Hersteller immer mehr an Bedeutung gewonnen. Olaf Lüthje, Vice President Regional Marketing Vishay Passives bei Vishay Technologies, spricht von einer regelrechten Renaissance passiver Bauelemente im Bereich der Leistungselektronik.

Markt&Technik: Herr Lüthje, wie hoch ist heute der Umsatzanteil, den das Anwendungsfeld »Erneuerbare Energien« zum Vishay-Umsatz beiträgt?

Olaf Lüthje: Der Bereich alternative Energie und der Bereich Energieübertragung und -management sind mittlerweile sehr eng verbunden, das gilt in vielen Fällen auch für die enge Verbindung zur »normalen« Industrieelektronik. Wir können somit den Umsatzanteil nur schätzen. Der gesamte Bereich macht für die passiven Bauelemente der Firma Vishay rund 4 bis 5 Prozent des Umsatzes aus. Das bedeutet, auf diese Anwendungen entfallen bereits ungefähr 10 Prozent unseres Umsatzes im Bereich Industrieelektronik.

Gibt es bei Ihnen Produktsegmente, die besonders vom Boom der erneuerbaren Energien in den letzten Jahren profitiert haben?

Für uns geht es in diesem Bereich ja weniger um die Erzeugung als vielmehr um die Weiterverarbeitung in Form von Transformierung, Übertragung und Verteilung - also die klassischen Anwendungen von elektronischen Bauelementen. Aus diesem Grund profitiert fast unsere gesamte Produktpalette. Im Bereich der Solarinverter war dies zu allererst die Gruppe der Aluminium- und Filmkondensatoren, schwerpunktmäßig in der Anwendung als Zwischenkreiskondensator, zusätzlich aber auch in Form von MELF- und Dünnschichtchip-Widerständen, Strommesswiderständen, Hochspannungswiderständen und SMD-Leistungsinduktivitäten. Anders sieht es bei Windenergieanlagen aus, bedingt durch die dortigen Anwendungen wie Hochleistungsinverter, Leistungsfilterung oder Winkelsteuerung. In diesen Applikationen kommen erheblich mehr Hochleistungskomponenten zum Einsatz, wie Hochstrombrems- und Überlastwiderstände in Draht-, Metallplatten- oder Dickschichttechnologie oder Phasenkorrektur-Zwischenkreis- und Filterkondensatoren in Power-Film-Technologie.

Wie viele namhafte Hersteller bedienen heute mit passiven Bauteilen den Anwendungsbereich der erneuerbaren Energien?

Die Anforderungen an diese Anlagen sind bezüglich Lebensdauer und Zuverlässigkeit, auch unter schwierigen Witterungsverhältnissen, sehr hoch. Das gilt besonders für Windparks, gewerbliche Solarinstallationen und explizit für Off-Shore Windanlagen. Somit spielen Wartungskosten und Zuverlässigkeit eine erheblich größere Rolle. Damit reduziert sich die Anzahl der Lieferanten auf rund 10 bis 20 Anbieter. Anders ist das bei den bereits sehr kommerzialisierten Anwendungen von günstigen einphasigen Solarinvertern. Dort kommen quasi alle Hersteller von Bauelementen für die Industrieelektronik zum Zug. Bei den häufig sehr großen und schweren Bauelementen in den Leistungsteilen der Anlagen kommen dagegen fast ausschließlich spezialisierte, lokale, also vor allem europäische Hersteller zum Einsatz, wie zum Beispiel Vishay Esta im Fall der Leistungskondensatoren. Die räumliche Nähe unterstützt dabei die enge technische Zusammenarbeit zwischen Kunden und Lieferanten und begrenzt auch die Transportkosten erheblich.

Wird das Thema Energieeffizienz mehr von den Herstellern kleinerer Geräte, etwa aus der Consumer-Elektronik, an Sie herangetragen, oder sind es doch eher die Kunden im Bereich der Industrieapplikationen?

Auch wenn die Anforderungen sehr unterschiedlich sind, so dienen sie doch dem gleichen Zweck: Die beste Alternative für unsere zukünftige Energie-Infrastruktur ist die Reduzierung des Energieverbrauchs. Dies ist vor allem ein Thema im Consumer- und Computerbereich, wo es darauf ankommt, den Verbrauch unserer täglichen »Helferleins« wie TV-Geräte, Set-Top-Boxen, Tablets, Handys oder Computern durch das Reduzieren des Stand-by-Verbrauchs, lastabhängige Steuerung, Schlafmodus oder Dimmfunktionen weiter zu verringern. Hier geht es im Wesentlichen um kleine konstante Lasten an einem relativ stabilen Stromnetz. Bauelemente für diesen Bereich sind klein, kompakt, hocheffizient, präzise, standardisiert, preiswert und in hohen Stückzahlen verfügbar. Im Industrie- und Automotive-Bereich sehen die Probleme etwas anders aus: Bedingt durch sehr hohe Lastwechsel, unterschiedliche Spannungen, Generatorverluste und viele unterschiedliche äußere Einflüsse geht es hier im wesentlichen um die Qualität und Effizienz der Umrichter und Motorsteuerungen. Es geht um sehr hohe Zuverlässigkeit, Beherrschung von Überlast und Fehlerfällen, sehr hohe und wechselnde Energiedichten und viele weitere Anforderungen. Hier kommen vor allem viele, nennen wir sie einmal »bewährte« Bauelemente mit unter anderem sehr guter Überspannungsfestigkeit, hoher Gesamtverlustleistung und Impulsfestigkeit, langer Lebensdauer und entsprechender Anpassung an die Kundenwünsche zum Einsatz. Diese Anforderungen gelten fast gleichermaßen für Solar- und Windgenerator-Umrichter, Umspannwerke  als auch für Hybridfahrzeuge und Elektrofahrzeuge. Wir verfügen hier über einen langjährigen Erfahrungsschatz und Expertise im Anwendungsfeld.

Welche besonderen Anforderungen werden an passive Bauelemente in Applikationen für den Bereich erneuerbare Energien gestellt?

Der wachsende Markt der alternativen Energiegewinnung, -speicherung und -übertragung und die damit verbundene sehr unterschiedliche Qualität der Eingangsgrößen wie Spannung, Frequenz und Netzstörungen fordern spezielle Leistungskondensatoren zur Energiespeicherung und Filterung. Zu den Forderungen gehören hohe Rippelstromfestigkeit, erweiterter Einsatztemperaturbereich und zum Teil extrem hohe Kapazitätswerte und Spannungsfestigkeiten. Den Bereich der entsprechenden Hochleistungskondensatoren deckt Vishay mit seinem breiten Angebot an Film-, Elektrolyt- und Esta-Leistungskondensatoren vollständig ab. Für spezielle Anwendungen im Steuerungsbereich sind auch Lösungen auf Basis von (Wet-)Tantalum-, MLCC- und Keramikkondensatoren im Programm. Bedingt durch die hohen Energiedichten in Zwischenkreiskondensatoren und Batterien sind Vorsichtsmaßnahmen hinsichtlich des sicheren Betriebs dahingehend erforderlich, dass diese Systeme jederzeit sicher geladen und entladen oder vom Netz oder Verbraucher getrennt werden können. Crowbar-Widerstände, Blade-Widerstände und Bremswiderstände sorgen, bedingt durch ihre robuste Konstruktion, für eine jederzeit sichere Ableitung der überschüssigen Energien. Auch bei der Spannung und Strommessung werden Widerstände mit sehr hoher Präzision und Langzeitstabilität eingesetzt, um als Messnormal jederzeit die Qualität der Energiequelle zu garantieren. Als einer der Weltmarktführer im Bereich der Widerstände bieten wir hier sämtliche verfügbaren Technologien, vom präzisen Filmwiderstand für die Steuerelektronik über Hochleistungsdrahtwiderstände und Leistungsdickschichtwiderstände bis hin zu SMD-Strommessungswiderständen sowie Metallstreifen- und Shuntwiderständen. Durch die jahrzehntelange und breite Erfahrung im Bereich der Industrie- und Automobilelektronik sind die Hauptforderungen nach Zuverlässigkeit, Langlebigkeit, Qualität und Effizienz erfüllt und die Bauteile im Markt erprobt. Auch für die Induktivitäten sind die Anforderungen sehr spezifisch. Zum einen kommt es dort auf hohe Effizienz bei der Energietransformation und kleinen Bauraum - etwa bei Planartransformatoren - an. Zum anderen werden, bedingt durch immer höhere Schaltfrequenzen, die Schirm- und Sättigungseigenschaften der Induktivitäten, wie etwa bei Hochstromdrosseln, immer weiter entwickelt.

Handelt es sich bei diesen Lösungen dann um Standardprodukte, oder kommen in diesen Applikationen großteils kundenspezifisch entwickelte Produkte zu Einsatz?

Wie schon erwähnt, finden bei den Elektroniken für Steuerungen, Invertern und Ähnlichem dieselben professionellen Bauelementeserien Verwendung wie in der übrigen industriellen Elektronik. Bei den Leistungsbauelementen kommen dagegen schon eher kundenspezifische Lösungen zum Einsatz, sei es nun bezüglich der mechanischen Eigenschaften wie Bauform und Abmessungen oder auch der Konstruktion von Anschlüssen und Befestigungen, und natürlich auch wegen der technischen und elektrischen Eigenschaften.

Gibt es im Bereich der Kondensatorlösungen für solche Energieindustrieanwendungen Produkttypen wie Alu-Elkos oder Filmkondensatoren, die besonders vom Boom der erneuerbaren Energien profitiert haben?

Ja, der bekannteste Effekt war der extrem hohe Bedarf an Aluminiumelektrolyt- und Filmkondensatoren für die Solarinverter vor wenigen Jahren im Zuge der entsprechenden öffentlichen Förderungen in Deutschland, Spanien und einigen anderen europäischen Ländern. Besonders die ein- und dreiphasigen Inverter hatten eine sehr hohe Nachfrage nach Zwischenkreis- und Dämpfungskondensatoren beider Technologien. Mit der Industrialisierung der erneuerbaren Energieanwendungen und den daraus resultierenden zentralen Solar- und Windparkanlagen profitieren besonders Hochleistungskomponenten von der nachhaltigen Präsenz alternativer Energieerzeugung.