Als Leistungskomponente von Wechselrichtern wandelt dieses IGBT-Modul die von den Solarmodulen erzeugte Gleichspannung in eine netzgeeignete Wechselspannung um. Große Unternehmen der Wechselrichterbranche nutzen für diese Leistungskomponente proprietäre Technologien; es gibt jedoch auch zahlreiche Hersteller, die keine proprietären Topologien verwenden. Diese Unternehmen, die auf Standardtopologien setzen, hatten oft Schwierigkeiten, mit den größeren Unternehmen zu konkurrieren, da es ihnen schwerfiel, die Marktanforderungen an Effizienz bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit zu erfüllen.
Mit dem ersten EBVchip Genesis können diese Unternehmen nun deutlich effektiver konkurrieren, da für die Integration von Genesis in bestehende Lösungen nur minimale Softwareanpassungen erforderlich sind. Da EBV Elektronik bei der Entwicklung von Genesis von Anfang an höchste Effizienz und maximale Zuverlässigkeit priorisiert hat, verwendet dieses Produkt eine konventionelle Boost-Topologie mit Brückenkonfiguration. Für das Gehäuse haben sich EBV und Vishay für die bewährte ECONO2-Technologie (Econopack 2) entschieden. Obwohl es kostengünstigere Gehäuse als ECONO2 gibt, die auch in einigen Wechselrichtern der nächsten Generation zum Einsatz kommen, ist hervorzuheben, dass ECONO2 eine außergewöhnlich hohe Zuverlässigkeit bietet. Da Endkunden bei der Berechnung der Amortisationszeit ihrer Photovoltaikanlage eine Lebensdauer von mehr als 10, oft 15 oder sogar mehr als 20 Jahren erwarten, ist ein Austausch des Wechselrichters nach nur fünf oder sechs Jahren für sie inakzeptabel.
Genesis: Die Entstehung.
Die Grundidee von Genesis ist es, Wechselrichterentwicklern eine benutzerfreundliche Lösung zu bieten, die sich nahtlos in bestehende Designs integrieren lässt und sich durch hohe Effizienz, Zuverlässigkeit und gute elektromagnetische Verträglichkeit auszeichnet. Genesis erfüllt genau diese Anforderungen, und über 50 potenzielle Kunden in Europa, die dieses RoHS-konforme Modul nutzen könnten, haben bereits großes Interesse bekundet: von Spanien bis in die Türkei, von Italien und Deutschland bis nach Osteuropa. EBV Elektronik definierte das Design zunächst gemeinsam mit einem Großkunden. Die anschließende Verfeinerung erfolgte in enger Zusammenarbeit mit weiteren Kunden und den Entwicklern von Vishay.
EBV konzipierte Genesis für Designs, die bereits Sixpack-Module verwenden. Viele dieser Kunden hatten bereits konkrete Vorstellungen von ihren Bedürfnissen, konnten diese jedoch aufgrund der hohen Entwicklungskosten für kundenspezifische Designs bisher nicht umsetzen. Genau hier zeigt sich die Stärke von EBVchips, wie Slobodan Puljarevic, Präsident und CEO von EBV Elektronik, bei der Produkteinführung Anfang 2010 treffend formulierte: „Mit EBVchips schlagen wir eine Brücke zwischen Tausenden von Kunden und Herstellern.“ Genesis ist daher nicht nur für einen einzelnen Kunden oder einen nationalen Markt konzipiert, sondern weltweit einsetzbar. Ohne diese Fokussierung auf vertikale Märkte wäre die Entwicklung von EBVchips nicht möglich gewesen.
Im Januar 2010 präsentierte EBV das EBVchips-Konzept, und auf der electronica 2010 konnten mehrere Kunden die praktischen Genesis-Produkte testen. 2011 lieferte EBV eine große Anzahl von Genesis-Modulen an seine Kunden.
Nachdem EBV erste Gespräche mit Kunden geführt hatte, suchte das Unternehmen nach einem geeigneten Hersteller für Genesis und sprach zunächst mit mehreren Partnern, die für das EBV-Produktsortiment infrage kamen. Schließlich entschied man sich für Vishay.
Hinsichtlich der technischen Machbarkeit hätte EBV das Genesis-Projekt theoretisch auch mit anderen Partnern aus seinem Produktportfolio realisieren können. Vishay bewies jedoch außergewöhnliche Flexibilität und die Bereitschaft, das Projekt von Anfang an umfassend zu unterstützen und schnellstmöglich abzuschließen. In anderen Fällen mag die Wahl eines bestimmten Herstellers allein auf der Technologie basieren.
Die aktuelle Genesis-Variante ist bereits die dritte Version der Spezifikation. Die verschiedenen Iterationen waren notwendig, da fortlaufend neue Kundenanforderungen in die Entwicklung einflossen. Ohne diese zusätzlichen Iterationen hätte EBV das Modul noch früher auf den Markt bringen können. Da die EBV-Experten direkt mit den Werksingenieuren zusammenarbeiteten und so typische bürokratische Prozesse umgingen, war diese iterative Optimierung in kürzester Zeit möglich.
EBV lieferte die ersten Muster ohne integrierten Thermistor zum Schutz vor Überhitzung, da die meisten Kunden diese Funktion nicht benötigten. EBV kann jedoch innerhalb von zwei Monaten auch Varianten mit integriertem Thermistor entwickeln. Da die für Vishay und das EBV-Werk zuständigen Ingenieure einen direkten Kommunikationskanal nutzen, werden Designänderungen in Echtzeit umgesetzt.
Genesis:
Genesis ist eine komplette Leistungsstufe, integriert in ein Modul für einphasige Wechselrichter in Photovoltaik-Anwendungen. Mit Nennwerten von 600 V/50 A (Dauerbetrieb) und einer Wandlungsfrequenz von 4 bis 30 kHz ist Genesis speziell für Anwendungen im Wohnbereich konzipiert, die üblicherweise eine Anschlussleistung zwischen 2,5 und 6 kVA aufweisen. EBV legte von Anfang an Wert auf ein besonders hochwertiges Endprodukt bei der Auswahl der in das Modul integrierten Halbleiterelemente. Dies führte zum Einsatz von Trench-IGBTs mit ihrer niedrigen Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung von nur 1,65 V, um ein optimales Verhältnis zwischen Leitungs- und Schaltverlusten zu erzielen. Siliziumkarbiddioden bieten besonders geringe Schaltverluste und ein sehr gutes EMV-Verhältnis. Die minimale Sperrverzögerungszeit von SiC-Dioden ermöglicht eine deutliche Reduzierung der zusätzlichen Kosten für die Dämpfung im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen.
FRED-Siliziumdioden überbrücken die Aufwärtswandlerstufe bei sehr hohen Eingangsspannungen und schützen so die Leistungsstufe effektiv vor Verpolungen im Solarmodulanschluss. Daher eignet sich Genesis ideal für den Einsatz in einphasigen Wechselrichtern mit Aufwärtswandlerstufe zur Umsetzung des Maximum Power Point Tracking (MPPT)-Konzepts für Photovoltaikmodule.
Diese neue Komponente stellt eine Verbesserung gegenüber bestehenden Lösungen dar und erweitert das Produktportfolio um ein Alleinstellungsmerkmal, das andere Hersteller nicht in gleicher Weise anbieten. Zwar gibt es vergleichbare Siliziumkarbid-Komponenten im Aufwärtswandler, doch vor der Einführung von Genesis gab es kein vergleichbares Produkt mit SiC-Dioden in den Brückenarmen.
Darüber hinaus sind die Module, die Genesis am ähnlichsten sind, nicht im Econo2-Gehäuse erhältlich, und andere Gehäuse können in manchen Fällen sogar wirtschaftlicher sein. Das Econo2-Gehäuse ist jedoch aufgrund seiner thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften anderen gängigen Gehäusen überlegen. Viele Kunden, die nun Genesis einsetzen möchten, haben bereits mit diesem Gehäuse gearbeitet. Aus thermischer Sicht ist das Econo2-Gehäuse mit seiner massiven Kupfergrundplatte den bisherigen Lösungen überlegen. Durch den geringen Wärmewiderstand zwischen Chip und Gehäuse wird die Wärmeleitfähigkeit verbessert und durch die direkte Montage auf dem Kühlkörper weiter optimiert. Zudem ist die Modulmontage deutlich einfacher als die Montage einzelner Bauteile, was die Zuverlässigkeit erhöht und gleichzeitig die Systemfertigungskosten durch kürzere Produktionszeiten senkt.
Kurz gesagt: EBVs Genesis ist zwar nicht die günstigste Lösung auf dem Markt, bietet aber das beste Preis-Leistungs-Verhältnis. Bisher galt eine Lösung wie Genesis in der Branche als zu teuer. Nachdem EBV-Kunden mit dieser Lösung ihre Ziele erreicht haben, sind sie nun bereit, die höheren Kosten für die teureren Siliziumkarbiddioden zu tragen.
Verglichen mit den Gesamtkosten des Wechselrichters sind die Kosten des IGBT-Moduls jedoch angesichts der Vorteile – einer effizienteren und zuverlässigeren Lösung mit einem besseren Gehäuse – nicht so hoch. Durch die Kombination aus höherer Effizienz, größerer Zuverlässigkeit und geringeren Systemfertigungskosten sind die Gesamtbetriebskosten für Genesis-Module niedriger als die anderer vergleichbarer Lösungen. Muss ein Hersteller einen Wechselrichter während der Garantiezeit aufgrund eines Defekts ersetzen, sinkt die Rentabilität des Unternehmens erheblich. Mit Genesis profitieren Hersteller zusätzlich von einer höheren Effizienz. Es handelt sich hier nicht um eine kostengünstige Umstellung, sondern um eine Umstellung auf höhere Leistung und Effizienz.
Genesis ist der Anfang von allem.
Das Besondere an EBVchips ist die Einzigartigkeit jedes einzelnen Chips. Deshalb entwickeln die EBV-Experten in Zusammenarbeit mit Halbleiterherstellern ständig neue Ansätze, um Projekte zum Erfolg zu führen. Gleichzeitig hat EBV die Prozesse zur Spezifikationsdefinition kontinuierlich optimiert. Anfangs war viel Überzeugungsarbeit nötig, doch mittlerweile hören wir immer häufiger von Halbleiterherstellern: „Dieses Projekt wäre mit uns als Partner sehr erfolgreich gewesen.“ Da die Hersteller EBV als ein wirklich engagiertes Unternehmen sehen, das schnell erste Produkte liefern kann, beteiligen sich auch andere Hersteller aktiv. Dies führt innerhalb des EBVchips-Ökosystems zu einem gewissen Wettbewerb zwischen den Halbleiterherstellern um ein Projekt, abhängig vom potenziellen Produkt.
Ein Modul wie Genesis lässt sich deutlich schneller realisieren als herkömmliche Halbleiterdesigns, deren Entwicklung vom ersten Konzept bis zum fertigen Chip typischerweise bis zu zwei Jahre dauert. Laut Projektbeschreibung sind EBV-Chips drei bis fünf Jahre lang, möglicherweise sogar länger, exklusiv bei EBV erhältlich. Genesis beispielsweise ist ausschließlich über EBV verfügbar.
Genesis ist „nur“ der Anfang. Anfang 2010 begann EBV einen aktiven Dialog mit Kunden und sammelte dabei wertvolle Informationen. Wie die Bibel markiert Genesis den Beginn einer langen und vielversprechenden Reise, die stets neue Entwicklungen bereithält – die Zukunft der EBV-Chips, die sich noch formt.
