Spelsberg, Microsemi, Fraunhofer ISE und Insta:
MOSFETs plus Logik statt Bypass-Dioden
Zusammen mit Microsemi, Insta und dem Fraunhofer ISE hat Spelsberg eine Alternative zu den bisher in PV-Modulen verwendeten Bypass-Dioden entwickelt, die erheblich weniger Verlustleistung generiert. Mit der neuen ISBT-Technik können die Anschlussdosen nicht überhitzen, und die Lebensdauer der Elektronik steigt.
Die neue ISBT-Bypass-Technik hat Spelsberg jetzt in die ELS-Modulanschlussdosen integriert. Den kontinuierlichen Betriebsstrom spezifiziert Spelsberg auf 10 A. Das Interessante an der neuen Technik: Die Verlustleistung bei 10 A liegt mit 0,5 W sehr niedrig.
Eine niedrige Verlustleistung zu erreichen, wird immer wichtiger. Denn die PV-Zellen in den Modulen erreichen mittlerweile hohe Wirkungsgrade bis in den Bereich von 20 Prozent, so dass eine 6-Zoll-Zelle einen Strom von 8 A liefern kann, die effizientesten Zellen kommen sogar auf 9 bis 9,5 A. Wenn nun beispielsweise Verschattung eintritt, so schalten die Freilaufdioden in den Junction-Boxes durch. Weil dann hohe Ströme fließen, erzeugen die Freilaufdioden in den Dosen der Module kräftig Wärme, was zu einer Überhitzung führen kann, im schlimmsten Fall kann die Dose schmelzen.
Außerdem sollte der in den Zellen erzeugte PV-Strom nicht anschließend in der Freilaufdiode sinnlos verheizt werden. Und schlussendlich treten in jeder reale Diode Sperrströme auf, die zwar nur im µA-Bereich liegen, dafür aber ständig fließen und über die Zeit durchaus ins Gewicht fallen.
Deshalb hat sich Spelsberg in Zusammenarbeit mit Microsemi, Insta und dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE etwas Neues einfallen lassen. Zusammen haben die Partner einen Chip entwickelt, der einen MOSFET und die Steuerlogik in Form eines ASIC integriert. Der Vorteil der patentierten ISBT-Technik: MOSFETs erreichen einen geringeren Durchlasswiderstand als durchgeschaltete Dioden, der Sperrstrom ist sogar um Größenordungen geringer.
In einem typischen Modul mit 60 Zellen arbeiten heute drei Dioden – jeweils eine Diode ist für einen Block von 20 Zellen zuständig. Diese Dioden können nun die neuen ISBT-Chips ersetzen, was zu einer deutlich niedrigeren Wärmentwicklung führt:
Im Bypass-Betrieb bei 9 A liegt fällt an einer Schottky-Diode eine Spannung von 0,45 V ab, die ISBT-Bausteine erreichen dagegen unter 0,042 V. Das schlägt sich in einer drastischen Senkung der Verlustwärme nieder: Während die Temperatur der Schottky-Dioden auf nicht weniger als 180 °C klettert, entwickeln die ISBT-ICs eine moderate Wärme von 40 °C,.
Die Kombination aus Logik und MOSFETs kommt laut Ralph Nolte, Key Account Manager und Business Development Manager von Spelsberg, zwar etwas teurer als die Diode – dafür lösen sie aber das Problem der heißen Dosen an den Modulen. Und deshalb sei das Interesse der Hersteller von leistungsfähigen Modulen sehr hoch – zumal nun auch der TÜV auf das Problem überhitzter Junction-Boxes aufmerksam geworden sei.
Und die mit ISBT-Technik ausgestatteten Modulanschlussdosen bieten noch einen weiteren Vorteil: einen besseren Schutz gegenüber Überspannungen als herkömmliche Standard-Schottky-Dioden. Die Dosen mit ISBT tolerieren induzierte Strompulse im Bypass-Betrieb bis 250 A und induzierte Strompulse im Sperrbetrieb bis zu 150 A.
