Schatz, ich habe den Wechselrichter geschrumpft! Die Gewinner des Google-Wettbewerbs verschieben die Grenzen der Wechselrichtergröße

Die „Red Electrical Devils“ von CE+T Power, Gewinner der „Little Box Challenge“ von Google, haben einen 2-kW-Wechselrichter in der Größe einer Kaffeetasse zum Mitnehmen entwickelt.

Die Gewinner der Little Box Challenge wurden letzten Monat auf dem ARPA-E Energy Innovation Summit bekannt gegeben, wo den Red Electrical Devils der Preis von einer Million Dollar überreicht wurde. Das Volumen des Siegerentwurfs betrug 14 Zoll3 und wies eine lächerliche Wechselrichter-Leistungsdichte von 143 W/Zoll3 auf. Das Volumen ist etwa 100-mal kleiner als bei anderen führenden kommerziell erhältlichen transformatorlosen Wechselrichtern mit gleicher Kapazität.

Die Verwendung von Galliumnitrid (GaN)-Halbleitern im Siegerentwurf ermöglichte ein sehr schnelles Schalten und eine Miniaturisierung der Wechselrichterkomponenten, erforderte jedoch aufgrund der inhärenten Schwierigkeiten bei der Steuerung von GaN-Transistoren auch eine sorgfältige Gestaltung der Steuerschaltungen. Zu den weiteren bemerkenswerten Designmerkmalen, die eine kompaktere Struktur ermöglichten, gehören speziell entwickelte „MLC“-Kondensatoren, eine Wabenstruktur für den umgebenden Kupferkühlkörper und eine geometrische Anordnung der thermischen Schnittstellen, um niedrigere Temperaturen während des Betriebs zu ermöglichen.

Die Red Electrical Devils simulierten und optimierten die Struktur des Kupferkühlkörpers, um das Wärmemanagement zu verbessern (Bildnachweis: Kleine Box-Herausforderung)

Die zweit- und drittplatzierten Teams erfüllten mit ihren 21-in-3- und 29-in-3-Wechselrichter-Prototypen auch die Mindestleistungsdichteanforderung von 50 W/in3 sowie weitere Leistungskriterien, zu denen ein DC-zu-AC-Wirkungsgrad von mehr als 95 % gehörte Aufrechterhaltung einer maximalen Außentemperatur unter 60 °C während des Betriebs, Beschränkung auf reine Luftkühlungssysteme, eine Eingangsgleichspannung von 450 V und eine Ausgangswechselspannung von 240 V bei 60 Hz.

Der Erfolg der Teilnehmer der Little Box Challenge übertraf die Erwartungen der Wettbewerbsorganisatoren bei weitem. Ross Koningstein, emeritierter technischer Direktor bei Google Research, erklärte: „Beeindruckend ist, dass das Gewinnerteam das Leistungsdichteziel des Wettbewerbs um den Faktor drei übertroffen hat … Als wir zunächst technische Ziele für die Little Box Challenge erarbeiteten, haben einige von uns bei Google dies getan.“ Ich glaube nicht, dass solch kühne Ziele erreicht werden könnten. Drei Teams aus der ganzen Welt haben eindrucksvoll bewiesen, dass es möglich ist.“

Wie bereits in einem früheren Beitrag erwähnt, können kleinere Wechselrichter wie diese erfolgreichen Einheiten die Preise erheblich senken, indem sie die Material-, Transport- und Installationskosten minimieren. Miniatur-Strangwechselrichter können den Einsatz von Solarenergie und Batteriespeicher in Szenarien ermöglichen, die aufgrund von Gewichts- und Platzbeschränkungen bisher als tabu galten. Beispielsweise können Miniatur-Wechselrichter im kW-Maßstab Elektrofahrzeugen (EVs) eine weitere Ebene der Funktionalität hinzufügen, indem sie transportablen, netzunabhängigen Strom oder Notstrom in Notfällen bereitstellen.

Bildnachweis oben und unten: CE+T Power

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