ABB Neue Leistungshalbleiter für die Energiewende

Sven Klaka, ABB
»Lange wurde angenommen, dass der Reifegrad der klassischen HGÜ-Technik seinen Zenit erreicht oder sogar überschritten hat. 
Neue verlustarme Thyristoren von ABB zeigen nun, dass hier noch eine höhere Effizienz möglich ist.«
Sven Klaka, ABB: »Lange wurde angenommen, dass der Reifegrad der klassischen HGÜ-Technik seinen Zenit erreicht oder sogar überschritten hat. Neue verlustarme Thyristoren von ABB zeigen nun, dass hier noch eine höhere Effizienz möglich ist.«

ABB präsentiert eine neue Generation von Transistoren sowie neue verlustarme Thyristoren, die die Effizienz stromgeführter und spannungsgeführter HGÜ-Konverter deutlich steigern.

Mit den Bimode Insulated Gate Transistors (BIGTs) hat ABB einen neuen Transistortyp entwickelt, der die Energiedichte deutlich steigert. Außerdem sind sie gegenüber Fehlerströmen besonders tolerant. Auf die hohe Energiedichte kommen die BIGT-Chips durch die Integration von Transistor- und Dioden-Funktionen.

Bisher sind für die IGBTs und die Dioden zwei getrennte Chips erforderlich. BIGT-Chips können dagegen im Freilauf-Dioden-Modus und im IGBT-Modus auf Basis desselben Siliziumvolumens arbeiten. In Verbindung mit den Durchkontakt-IGBTs, wie sie in HVDC-Light-Systemen Einsatz finden, kann ABB jetzt die Produktpalette um Bauelemente mit Nominalströmen bis 3000 A (6000 A maximaler Abschaltstrom) und 4500 V Blockierspannung erweitern. Die neuen BIGT-Pak-Module zeichnen sich durch geringe Durchlassverluste, sicheren Kurzschluss im Fehlerfall und hohe Explosions- und Stromstoßfestigkeit aus. Außerdem sind sie immun gegenüber Druckinhomogenität der individuellen Federpakete der StakPaks.
 
IGBTs finden in der Hochspannungsgleichstromübertragung Einsatz (HGÜ), die ABB unter dem Namen HVDC Light in den 90er-Jahren eingeführt hat. Anders als Thyristoren können IGBTs und BIGTs den Strom nicht nur ein-, sondern auch kontrolliert ausschalten. Weil HVDC-Light-Systeme schwarzstartfähig sind, eignen sie sich zur Anbindung von Off-Shore-Windparks. Die Möglichkeit, mit den HGÜ-Konvertern Systemdienstleistungen zu erbringen, beispielsweise die Kompensation von Blindleistung, ist einer der Gründe für den Einsatz der selbstgeführten HGÜ-Konverter für die Übertragung großer Mengen an Strom über lange Distanzen. Deshalb werden die großen Stromtrassen von Nord nach Süd, die in Deutschland geplant sind, auf Basis der HGÜ arbeiten.

In stromgeführten HGÜs kommen heute nach wie vor die Thyristoren zum Einsatz, wie sie seit Mitte der 70er-Jahre eingeführt wurden. Damit sind Übertragungen mit bis zu ±1000 kV möglich, so dass sich bis zu 8 GW über mehr als 1000 km fast verlustfrei übertragen lassen. Der Trend geht zu noch höheren Übertragungsleistungen, weit über 10 GW hinaus.  »Lange wurde angenommen, dass der Reifegrad der klassischen HGÜ – ABB nennt sie HGÜ Classic – seinen Zenit erreicht oder sogar überschritten hat. Neue verlustarme Thyristoren von ABB zeigen nun, dass hier noch eine höhere
Effizienz möglich ist«, sagt Sven Klaka, Produktmanager für ABB Semiconductors in Lenzburg/Schweiz. Durch die Optimierung der Thyristorstrukturen ist es ABB gelungen, die Leitverluste der Umformer um weitere 13 Prozent zu senken. Die gesamte Energieeinsparung der Konverterstation erreicht dadurch 0,5 MW pro GW übertragener Energie. »Das wäre bei 10 GW also eine Einsparung von 5 MW, die der Betreiber verkaufen kann, anstatt die Luft damit zu heizen«, sagt Sven Klaka. Die neuen Thyristoren seien bereits in nächster Zeit einsetzbar und im Vergleich zu Alternativen wie SiC sehr kostengünstig.