Die Nachfrage nach Transformatoren steigt drastisch an, da sie aus Kupfer gefertigt werden müssen – ein knapper und teurer Rohstoff. Lieferkettenprobleme führen zu hohen Preisen und langen Wartezeiten von bis zu drei Jahren für Bestellungen.
Rechenzentren benötigen aufgrund der immer leistungsstärker werdenden KI-spezialisierten Chips mehr Strom: Ein einzelnes “Rack” verbraucht bereits 100 Kilowatt, was dem Bedarf von zehn Haushalten entspricht. Schätzungen prognostizieren einen Anstieg auf bis zu 500 Kilowatt pro Rack bis zum Ende dieses Jahrzehnts.
Da Strom über weite Strecken bei hohen Spannungen transportiert wird, um Verluste zu minimieren, ist eine Anpassung der Spannung notwendig, bevor er in Haushalte oder Rechenzentren gelangt. Transformatoren wandeln die elektrische Spannung effizient nach oben oder unten und gewährleisten so einen sicheren und verlustarmen Stromfluss.
In Ländern wie der Schweiz wird der Bedarf an diesen Transformationsgeräten größer, während gleichzeitig Land knapp ist. Die Platzierung zusätzlicher Transformatoren bei Rechenzentren gestaltet sich schwierig, da längere Leitungen zu erhöhten Verlusten führen.
KI-Firmen stehen vor der Herausforderung langer Wartezeiten für neue Transformatorbestellungen und begrenztem Platz zur Installation zusätzlicher Geräte bei bestehenden Anlagen. Eine mögliche Lösung ist die Digitalisierung von Transformatoren: Solid-State-Transformatoren (SST) verwenden Halbleiter anstelle traditioneller Kupferspulen und Stahlkerne.
Obwohl diese Technik nicht neu ist, waren die Kosten für Halbleiterkomponenten bisher zu hoch. Ein SST wandelt Spannung ähnlich wie ein herkömmlicher Transformator, arbeitet jedoch mit Leistungselektronik und Hochfrequenztechnik anstelle von Netzfrequenzdrahtspulen.
Die elektrische Energie wird zunächst elektronisch umgewandelt (AC/DC und DC/AC bei hoher Frequenz), dann durch einen kompakten Hochfrequenz-Transformator getrennt, bevor sie in die gewünschte Spannung zurücktransformiert wird. SST können daher flexibel zwischen Wechsel- und Gleichstrom oder unterschiedlichen Spannungs- und Frequenzstufen umwandeln.
Im Vergleich zu herkömmlichen Transformatoren sind SST leichte “Stromrouter”, vergleichbar mit WLAN-Routern, die Datenströme intelligenter steuern. Der Bedarf nach SST nahm durch die Elektromobilität, insbesondere bei Ladestationen, deutlich zu und macht sie nun für Rechenzentren attraktiv.
SST sind etwa zehnmal leichter als traditionelle Transformatoren, benötigen kaum Kupfer und sind kompakter. Sie ermöglichen eine effizientere Spannungseinstellung, was ihre Flexibilität erhöht – ein Grund, weshalb sie auch in modernen Elektrolokomotiven verwendet werden.
Trotz des frühen Produktionsstadiums der digitalen Trafos herrscht große Begeisterung. In den USA flossen kürzlich 140 Millionen Dollar in Firmen mit dieser Technologie. ABB investierte vor einem Jahr in ein US-Unternehmen, das Halbleiter-Leistungselektronik speziell für KI-Rechenzentren entwickelt. Die EU fördert ebenfalls ein Projekt zur Entwicklung digitaler Transformatoren, um von keiner Region abhängig zu sein.
Auch die Schweiz zeigt Aktivität: Hyperscale Power sammelte fünf Millionen Franken ein. Das Start-up wird von einem ehemaligen ETH-Studenten geleitet, der seit zehn Jahren an seinem SST-Konzept arbeitet und nun die Marktreife anstrebt.
Der Wettlauf um diese Technologie ist eröffnet.
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