Offene Potentiale und Chancen für SiC in der Mittelspannung

Abstract:
In der Mittelspannungs (MS)-Leistungselektronik mit Siliziumkarbid (SiC)-Bauelementen ist es in den letzten Jahren augenscheinlich etwas ruhiger geworden, nachdem es um die Jahre 2010-2016 viele Veröffentlichungen zu SiC-Transistoren im Bereich von 3,3 – 25 kV gab. Technische Gründe liegen darin, dass alles über 6,5 kV in jeder Hinsicht Neuland für einen schnellschaltenden Transistor ist. Um den Faktor 20 höhere Schaltfrequenzen und vielfach höhere Spannungssteilheiten überschreiten bei weitem den Stand der Technik. Mit SiC zeigt sich in der Mittelspannung ein fantastisches Entwicklungspotential, das jedoch noch viel Arbeit benötigt, um es technisch über das volle Potential nutzbar zu machen. Die klassische Anwendung von MS-Leistungselektronik sind Traktions- und Industrieantriebe sowie FACTS. Bei der Medizin- und industriellen Produktionstechnik finden Bauelemente über 1,7 kV auch herausfordernde Anwendungen, allerdings sind die Leistungen klein im Verhältnis zur Antriebs- und Energietechnik. Es hat sich im Bereich der Bahn auch einiges bei der Anwendung von SiC getan und hierbei ist und war es wichtig die Anforderungen an die Zuverlässigkeit nicht durch zu riskante Entwicklungsschritte zu gefährden. Wenn man zurückblickt auf die anfangs kleinen Schritte, die man vor 14 Jahren mit 1200 V SiC MOSFETs gemacht hat und damals in PV-Wechselrichtern die Schaltfrequenz von 16 kHz auf 24-48 kHz erhöht hat, dann wirkt das mit den Möglichkeiten von heute sehr zögerlich. Ähnlich wird es in einem zukünftigen Rückblick auch mit SiC in der Mittelspannung sein. Die breite industrielle Anwendung jenseits der Antriebe steht aber noch aus. Dies ist aber essentiell, um auch das Potential von SiC in der Mittelspannung voll entwickeln zu können. Diese Veröffentlichung soll einen kritischen Blick auf die technischen Herausforderungen aber auch die Chancen geben und zeigen in welchen Bereichen sich auch jenseits der Antriebe der Aufbau von Mittelspannungssysteme abzeichnen können.