Numerische Bestimmung von Kernverlusten in Drosseln für Gleichstromsteller moderner Photovoltaikanlagen

Bei netzgekoppeltem Betrieb von Photovoltaikanlagen werden Stromrichter zur Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom eingesetzt. Neben der Lichteinstrahlung bestimmt auch der elektrische Betriebspunkt die von den Photovoltaikgeneratoren abgegebene Leistung. Daher sind typischerweise Gleichstromsteller Teil der in Photovoltaikanlagen genutzten Stromrichter. Sie wandeln die Ausgangsspannung des Photovoltaikgenerators derart auf die Höhe der Zwischenkreisspannung des Netzwechselrichters, dass der Photovoltaikgenerator stets im Betriebspunkt maximaler Leistung (maximum power point, MPP) betrieben werden kann. Die passiven Komponenten, insbesondere die magnetischen, haben einen großen Anteil an Gewicht und Volumen des Stromrichters. Es wird eine Optimierung dieser Komponenten hinsichtlich Bauvolumen, Kosten und Wirkungsgrad angestrebt. Dazu müssen die im Betrieb auftretenden Energieverluste bestimmt werden. Auch für die Entwicklung von Gleichstromstellern ist es nützlich, die auftretenden Verluste bestimmen zu können. In dieser Arbeit wird ein Vorgehen zur Bestimmung dieser Verluste mittels der Finite-Elemente-Simulation vorgestellt. Es werden zweidimensionale Modelle genutzt, deren Aufbau an die realen Geometrien angelehnt ist. Sie werden anhand dreidimensionaler Modelle in ihrer Aussagekraft überprüft. Der Fokus liegt auf den im magnetischen Kern einer Drossel auftretenden Verlusten. Es wird ein Post-Prozessor entwickelt, mit dem diese für typischerweise an Drosseln in Gleichstromstellern auftretende Spannungs- und Stromverläufe berechnet werden können. Auch die Wicklungsverluste werden mit Finite-Elemente-Simulation berechnet. Anhand einer bereits erfolgten Verlustmessung wird das vorgestellte Vorgehen für eine Drossel und einen Betriebszustand validiert.