Eine große Herausforderung bei Photovoltaik-Heimspeichersystemen besteht darin, dass die Batterien bei intensiver Sonneneinstrahlung innerhalb weniger Stunden aufgeladen und dann über einen längeren Zeitraum nachts bei sehr geringer Leistung entladen werden. Daher sollten Batteriewechselrichter einen hohen Umwandlungswirkungsgrad über einen möglichst breiten Leistungsbereich haben. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energieysteme (ISE) hat im Projekt „HyBaG“ einen auch im Teillastbereich verlustarmen Hybrid-Wechselrichter entwickelt. 

Zentraler Bestandteil war die Entwicklung von kompakten und modularen Batteriestellern, was durch den Einsatz von Galliumnitrid- (GaN) und Siliziumkarbid-Bauelementen (SiC) erreicht werden konnte. Die Transistoren-Brückenschaltungen bilden den Kern der Batterieladegeräte und ermöglichen sehr hohe und damit verlustarme Schaltfrequenzen.

Schaltungstechnisch wurden verschiedene Topologien untersucht und schließlich ein dreiphasiger Synchronwandler ausgewählt. Dieser ermöglicht es, durch die Aktivierung oder Deaktivierung einzelner Wandlerbrücken den Leistungsbereich gezielt anzupassen (1/3, 2/3, Volllast). Für sehr geringe Leistungen werden zusätzlich ein Betriebsmodus mit variabler Schaltfrequenz zur Ansteuerung mit möglichst geringen Schaltverlusten sowie ein pulsierender Betrieb (Burst-Modus) mit nur einer Phase aktiviert, bei dem der Wandler nur 10 % der Zeit aktiv ist.

„Dadurch kann der Teillastwirkungsgrad erheblich gesteigert werden, da damit die Ansteuer- und Leerlaufverluste reduziert werden können, die den Wirkungsgrad im Teillastbereich stark beeinflussen“, erklärt Cornelius Armbruster, Projektleiter am Fraunhofer ISE. Simulationen im Rahmen des Projekts Hybag hätten gezeigt, dass Privathaushalte durch den neuen Wechselrichter jährliche Einsparungen von 150 bis 250 Euro beim Strombezug erwarten können.