Adolf Goetzberger-Preis erstmalig vergeben für besonders effiziente Wechselrichter-Technologie

Wechselrichter sind an für sich für die meisten Menschen eher trockener Stoff. Am Dienstag gab die Weiterentwicklung der Technologie den Anlass für einen emotionalen Abend auf dem PV-Symposium in Bad Staffelstein. Das Kuratorium der Adolf-Goetzberger-Stiftung ließ nicht nur kurz das Wirken des Namensgebers, des ersten Direktors des Fraunhofer ISE Revue passieren. Es zeichnet mit Heribert Schmidt einen langjährigen Begleiter am ISE als ersten Träger des neuen Preises aus. Die Auszeichnung würdigt nicht nur herausragende wissenschaftliche und technische Leistungen, sondern unterstreicht auch die Bedeutung der praktischen Umsetzung für die Energiewende, so das Ziel der Stiftung.

Bis Anfang der 2000er Jahre lagen die Wirkungsgrade guter einphasigen wechselrichter bei rund 96 Prozent. Thomas Hauser, heute Geschäftsführer von RCT Power, war zu der Zeit bei Sunways in der Entwicklung tätig, einem damals bekannten deutschen Wechselrichter- und Modulhersteller. 1993 lernte er Heribert Schmidt kennen, bei Kegelabenden im Kloster Banz während eines PV-Symposiums, erinnert er sich. „2002 haben wir einen Entwicklungsauftrag an das ISE vergeben mit dem Ziel, die Verluste zu halbieren“, sagt Hauser. Schmidt sei die Idee dazu unter der Dusche gekommen, wird kolportiert. Sie besticht durch ihre Einfachheit, trotzdem musste sie erst einmal jemand haben und umsetzen.

Hauser kam nach Freiburg in Schmidts Labor, sie löteten einige Transistoren, Kondensatoren und Spulen zu einer fliegenden Testschaltung zusammen. So nennen es Elektroniker, wenn keine Platinen genutzt werden sondern die Bauteile in der Luft verbunden werden. Sie konnten zeigen, dass das Konzept funktioniert.

Damals nutzten die Wechselrichter die so genannte H4-Topologie (siehe Grafik unten). Bei dieser schalten vier Transistoren, also elektronische Schalter, im Takt die von den Photovoltaik-Modulen kommende Gleichspannung abwechselnd so, dass eine Wechselspannung entsteht. Ein Kondensator im Eingangskreis puffert die Energie, Spulen im Ausgangskreis glätten die Spannung zu einer 50-Hertz-Sinuskurve, wie es für das Stromnetz nötig ist. Doch bei jedem Schaltvorgang fließen zwischen Kondensator und Spule Ströme. Sie heißen Blindströme, denn sie verrichten keine Leistung. Trotzdem fallen Verluste an. Mit zwei zusätzlichen Transistoren schaltete Schmidt eine Verbindung, die diese Blindströme unterband. Das steigerte den Wirkungsgrad auf 98 bis 99 Prozent – was einer Halbierung der Verluste entspricht. Durch die geringeren Verluste, muss man die Geräte weniger kühlen, kann sie kompakter bauen, erhöht ihre Lebensdauer und erreicht eine höhere Zuverlässigkeit.

Sechs Transistoren hat die resultierende Schaltung, konsequenterweise wird sie als H6-Topologie bezeichnet. Außerdem bekam sie das Kürzel Heric. Das steht nicht nur für Highly Efficient & Reliable Inverter Concept, sondern enthält auch den Spitznamen des Erfinders. Die Fraunhofer Gesellschaft patentierte das Design, was relativ schnell zu Patentumgehungen führte. „Es gibt 19 Umgehungslösungen“, so Schmidt, der seit zwei Jahren im Ruhestand ist. Die Originallösung und die leicht veränderten elektrischen Schaltungen dürften in rund 80 Prozent aller einphasigen Wechselrichter eingesetzt werden. Die Fraunhofer-Gesellschaft konnte das Patent jedoch bei diesen durchsetzen und so sei die Erfindung zum ökonomisch erfolgreichsten Einzelpatent der Organisation geworden.

Einphasige Wechselrichter werden viel in niedrigen Leistungsbereichen eingesetzt, in Deutschland unter 4,6 Kilowatt. In manchen Ländern werden sie jedoch auch für höhere Leistungen verwendet.

„Heribert Schmidt hat gezeigt, dass wahre Innovation nicht nur in der Theorie entsteht, sondern sich daran messen lassen muss, welchen Beitrag sie für die Gesellschaft leistet“, erklärt Schweizer Solarpionier Thomas Nordmann, der Vorsitzender des Kuratoriums der Adolf-Goetzberger-Stiftung. Heribert Schmidt war 35 Jahre lang am Fraunhofer ISE in vielen verschiedenen Feldern tätig. Er zum Beispiel auch an Batteriemanagementsystemen, an potenzialinduzierter Degradation von Modulen, zu Brandsicherheit, einem Photovoltaik-Früchtetrockner und intelligenten Netzen gearbeitet und war in etlichen Gremien engagiert.

Adolf Goetzberger, gestorben im Februar 2023, war einer der Pioniere und Visionäre der Solarforschung. Er hat im Jahr 1981 das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE gegründet. Mit der erstmaligen Verleihung des Preises will die Adolf-Goetzberger-Stiftung ein Zeichen für den Innovationsgeist der Solarbranche setzen. Die Auszeichnung soll nicht nur herausragende wissenschaftliche und technische Leistungen würdigen, sondern auch die Bedeutung der praktischen Umsetzung für die Energiewende unterstreichen. Der Preis ist mit 25.000 Euro dotiert und wird jährlich auf einem von Solar Promotion, der Muttergesellschaft des PV-Symposium-Organisators Conexio PSE, organsierten Symposiums an Persönlichkeiten vergeben, die mit ihren Ideen die Solarenergie voranbringen. Die Stiftung finanziert sich über Spenden.

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