Festkörpertransformatoren: Die Zukunft der Netzelektrifizierung?

Wenn wir von der Elektrifizierung unserer Wirtschaft und Industrie sprechen, denken wir meist an Elektrofahrzeuge, Batterien, Schnellladegeräte, erneuerbare Energien usw.

Letztendlich basieren aber all diese neuen Technologien immer noch auf eher alten Konstruktionen für die grundlegende Umwandlung von Hochleistungsstrom aus Kraftwerken und Solarparks auf die in Autos, Haushalten, Rechenzentren, Industrieanlagen usw. verwendeten Leistungsstufen.

Das Grundprinzip des modernen Transformators geht auf das späte 19. Jahrhundert zurück. Erste kommerzielle Modelle wurden von William Stanley Jr. entwickelt und später mit dem Ausbau der Wechselstromnetze, maßgeblich vorangetrieben von Westinghouse und Nikola Tesla, verfeinert. Das grundlegende Prinzip – elektromagnetische Induktion mithilfe von Eisenkernen und Kupferwicklungen – ist seit über einem Jahrhundert weitgehend unverändert geblieben.

Dies war eine Konstruktion, die gut genug war, solange die einzige Aufgabe von Transformatoren darin bestand, einen standardisierten Strom aus dem Netz unter relativ stabilen und vorhersehbaren Bedingungen auf das richtige Niveau zu bringen.

Doch da das Stromnetz und die Stromerzeugung immer dezentralisierter werden und die Anforderungen an die Stromqualität immer strenger werden, reicht das kaum noch aus.

Zum Glück ebnet der Fortschritt bei den Materialien der Halbleiterindustrie den Weg für eine neue potenzielle Art von Transformator: Festkörpertransformatoren.

Das jahrhundertealte Stromnetz: Wie traditionelle Transformatoren funktionieren

Technische Grundlagen traditioneller Transformatoren

Wie bereits erläutert, ist ein Transformator ein Gerät, das Strom mit einer bestimmten Spannung aufnimmt und in eine andere Spannung, entweder niedriger oder höher, umwandelt. Die Leistung und die Stromwandlung eines klassischen Transformators werden durch die Anzahl der Kupfer- oder Aluminiumspulen um den Eisenkern bestimmt. Zusätzliche Bauteile wie Schutzschalter, Durchführungen, Sicherungen und andere Materialien gewährleisten den sicheren Betrieb des Transformators.

Obwohl sie unflexibel und sperrig sind, handelt es sich um sehr robuste Maschinen, die jahrzehntelang, ja sogar ein ganzes Jahrhundert lang eingesetzt werden können. Es ist außerdem ein lukratives Geschäft. mit einem Marktvolumen von 69 Milliarden US-Dollar im Jahr 2025 und wird voraussichtlich bis 2034 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 7.97 % auf 135.9 Milliarden US-Dollar wachsen.

Dennoch sind Transformatoren in ihrer heutigen Form relativ einfache Geräte, die auf einer Technologie aus dem frühen 1900. Jahrhundert basieren. Da wir für Transport, Kommunikation und andere moderne Anwendungen immer stärker auf Elektrizität angewiesen sind, kann dies problematisch werden, insbesondere da das Stromnetz nicht mehr nur von wenigen großen Kraftwerken, sondern zunehmend von dezentralen, fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen gespeist wird.

„Ein altmodischer Transformator aus Stahl, Kupfer und Öl verfügt über keine Überwachungs- und Steuerungsmöglichkeiten. Bei Stromspitzen oder Kraftwerksausfällen kann das ein Haftungsrisiko darstellen.“

- Drew Baglino – Gründer und CEO des Halbleitertransformator-Unternehmens Heron Power

Funktionsweise von Festkörpertransformatoren (SST)

Vor diesem Hintergrund arbeiten Ingenieure an der Neuentwicklung von Transformatoren. Anstelle von Kupfer und Eisen konzentrieren sie sich auf neue Materialien, die in Elektrofahrzeugen und Halbleitern verwendet werden, wie beispielsweise Siliziumkarbid und Galliumnitrid.

Ein weiterer grundlegender Konstruktionsunterschied besteht darin, dass Halbleitertransformatoren (SSTs) nicht aus einem massiven Eisen- und Kupferblock bestehen, sondern aus vielen kleineren, zusammengesetzten Modulen. Dadurch lässt sich ihre Kapazität leicht anpassen und defekte Bauteile können problemlos ausgetauscht werden.

SSTs unterscheiden sich von herkömmlichen Transformatoren in einigen wichtigen technischen Punkten:

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Lösung des globalen Transformatorenmangels

Ein weiteres Problem mit herkömmlichen Transformatoren ist, dass sie heutzutage einfach sehr schwer zu finden sind.

Während die Nachfrage nach mehr Stromnetzkapazität aufgrund der Elektrifizierung und des Baus von Multi-Gigawatt-Rechenzentren stetig steigt, bemühen sich US-amerikanische Energieversorgungsunternehmen fieberhaft darum, genügend Transformatoren zu finden, um das Netz aufrechtzuerhalten und es sogar noch zu verbessern.

Ein entscheidender Faktor ist die Alterung des Stromnetzes. Selbst ein so robustes Gerät wie ein Transformator muss etwa alle 50 bis 70 Jahre ausgetauscht werden. Mehr als die Hälfte der US-amerikanischen Verteiltransformatoren, rund 40 Millionen Einheiten, haben ihre erwartete Nutzungsdauer bereits überschritten.

In Verbindung mit steigenden Rohstoffpreisen, insbesondere Kupferpreisen, hat dies dazu geführt, dass die Preise für Transformatoren seit 2019 je nach Kategorie um 45 bis 95 Prozent gestiegen sind.

„Leistungshalbleiter werden immer günstiger. Stahl, Kupfer und Öl befinden sich leider nicht in dieser Lage. Rohstoffpreise können stark schwanken und steigen in der Regel nach oben.“

- Drew Baglino – Gründer und CEO des Halbleitertransformator-Unternehmens Heron Power

Ein weiterer Kostenfaktor sind die Zölle auf ausländischen Stahl und andere Metalle, die oft bis zu 50 % oder mehr betragen für Länder, die die für Transformatoren erforderliche Materialqualität liefern, wie China oder Brasilien.

Schließlich wurde nicht ausreichend in den Ausbau des Transformatorenangebots investiert, sodass viele Unternehmen Anfang der 2000er-Jahre sogar schließen mussten, unter anderem aufgrund zu geringer Investitionen der Energieversorgungsunternehmen in das Stromnetz. Daher ist die Lieferkette für Transformatoren, einschließlich die dafür benötigte spezielle Stahlsorte (Elektrostahl)ist einfach nicht in ausreichenden Mengen verfügbar.

Halbleitertransformatoren werden das Kostenproblem neuer Transformatoren jedoch nicht sofort lösen, auch wenn sie eine dringend benötigte zusätzliche Leistung bereitstellen können. Denn derzeit sind sie noch 5- bis 10-mal teurer als herkömmliche Transformatoren.

SST-Anwendungen: Wo Halbleitertransformatoren gewinnen

KI-Rechenzentren und Hochleistungsinfrastruktur

Zusammengenommen verändern diese Leistungsunterschiede zwischen alten Transformatoren und Halbleitertransformatoren die Einsatzmöglichkeiten grundlegend.

Sie können die Aufgaben vieler verschiedener, derzeit verwendeter Stromversorgungsgeräte übernehmen und gleichzeitig die Leistungspegel glätten, Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln (oder umgekehrt), Verbindungen zum Stromnetz und zu Batterien herstellen usw.

Dies macht SSTs zu einer sehr attraktiven Option für Rechenzentren, die mit deutlich komplexeren Stromversorgungsproblemen konfrontiert sind als durchschnittliche Stromverbraucher. So können SSTs beispielsweise den Bedarf an unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) und dem Anschluss an das nationale Stromnetz, Batteriespeicher und lokale erneuerbare Energieerzeugung (Depotstrom) gleichzeitig eliminieren.

Die kompakteren SSTs sparen zudem viel Platz im Rechenzentrum und schaffen so Kapazität für weitere Serverracks oder unterstützende Systeme wie die Kühlung. Die Mehrkosten amortisieren sich daher durch zusätzliche Einsparungen in Sonderfällen wie Rechenzentren, die deutlich mehr Leistung benötigen, als ein herkömmlicher Transformator liefern kann.

„Wenn man die Kosten all der Dinge zusammenrechnet, die wir entfernt haben, liegen wir bei 60 bis 70 % dieser Kosten.“

— Haroon Inam, Mitbegründer und CEO von DG Matrix, sagte gegenüber TechCrunch.

Bislang sind Rechenzentren die ersten Abnehmer dieser neuen Technologie, da sie deren Flexibilität und Kompaktheit schätzen. Zudem können sie so Wartezeiten für neue Transformatoren umgehen. Schließlich bietet sie die Art von Stromstabilität, die bisher hohe zusätzliche Investitionen erforderte. Beispielsweise können die Transformatoren von Heron Link Serverracks 30 Sekunden lang mit Strom versorgen, bis die Backup-Stromversorgung einsatzbereit ist.

Erneuerbare Energien und Netzspeicherung

Die meisten Stromerzeugungsanlagen sind auf Wechselstrom ausgelegt, da dieser ursprünglich durch rotierende Turbinen in Kohle-, Gas- oder Wasserkraftwerken erzeugt wurde. Photovoltaikanlagen hingegen, die sich zu einer dominanten Energiequelle entwickeln, erzeugen naturgemäß Gleichstrom, der mithilfe von Wechselrichtern zunächst in Wechselstrom umgewandelt werden muss, bevor er ins Stromnetz eingespeist werden kann.

Gleiches gilt für Batterien, die zwar an das Wechselstromnetz angeschlossen sein können, aber sowohl als Ein- als auch als Ausgang Gleichstrom benötigen.

Daher kann ein Halbleitertransformator, der sowohl die Aufgaben eines Wechselrichters als auch eines Transformators übernehmen kann, am Ende genauso viel kosten wie zwei separate Standardsysteme.

EV-Laden und bidirektionale Unterstützung

Platzbedarf und die Gesamtfläche der Anlage können einschränkende Faktoren für Ladestationen für Elektrofahrzeuge darstellen. Insofern könnte die Dichte von SST (Super-Shuttle-Tanks) zu einem Wettbewerbsvorteil werden.

Ähnlich wie Batteriespeicher werden sie auch von ihrer Fähigkeit profitieren, die Spannung zu ändern und gleichzeitig die Aufgabe eines AC/DC-Wechselrichters zu erfüllen.

Schließlich könnte ein Halbleitertransformator in einer Ladestation dazu beitragen, diese in zusätzliche Speichereinheiten zu verwandeln, da dasselbe Gerät abwechselnd Strom aus dem Netz beziehen oder Energie in das Netz einspeisen könnte.

Aktuell dürften Fahrer von Elektrofahrzeugen wenig Interesse daran haben, die Rolle einer „mobilen Batterie“ zu übernehmen. Zukünftig könnten Flotten autonomer Fahrzeuge ihre Rentabilität jedoch steigern, indem sie ihre Speicherkapazität in kritischen Momenten vermieten und Ladestationen sowie Solartankstellen nutzen, um zu Spitzenzeiten Energie ins Stromnetz zurückzuspeisen.

Dieser Trend wird sich auch immer stärker durchsetzen, da die Akkus von Elektrofahrzeugen immer langlebiger werden und durch häufigere Lade-Entlade-Zyklen kaum oder gar keine Leistungseinbußen mehr aufweisen.

Die Zukunft des intelligenten Stromnetzes

Bislang sind SSTs für Energieversorgungsunternehmen einfach zu teuer und zu neu, um sie in ihr Stromnetz zu integrieren.

Langfristig könnten sie jedoch einen grundlegenden Wandel im Management von Stromnetzen bewirken. Insbesondere könnten sie die Übertragungs- und Verteilungskosten senken, einen der Hauptgründe für die steigenden Stromrechnungen.

Dies liegt daran, dass Halbleitertransformatoren auf sich ändernde Bedingungen reagieren können, wodurch Netzbetreiber mehr Leistung durch dieselben Leitungen senden können, was den Bedarf an neuen Leitungen trotz steigenden Stromverbrauchs verringert.

„Man kann die Infrastruktur tatsächlich kostengünstiger gestalten, weil man mehr Kilowattstunden durch dieselben Masten und Leitungen leitet. Genau da kann Intelligenz, anstelle passiver mechanischer Objekte, die vor 100 Jahren entworfen wurden, einen großen Unterschied machen.“

- Drew Baglino – Gründer und CEO des Halbleitertransformator-Unternehmens Heron Power

Es ist anzumerken, dass Siliziumkarbid und andere Halbleiter für Leistungsanwendungen erst vor weniger als einem Jahrzehnt dank des Booms der Elektromobilität in Massenproduktion hergestellt wurden. Daher ist anzunehmen, dass ihre Kosten mit der Entwicklung effizienterer Fertigungsmethoden und der Nutzung von Skaleneffekten in der Branche stetig sinken werden.

Höchstwahrscheinlich wird dies der notwendige Schritt sein, damit Energieversorgungsunternehmen mit der Installation von Halbleitertransformatoren in großem Umfang beginnen können, was dann eine zweite Welle von Skaleneffekten auslösen wird.

Marktzusammenfassung für Festkörpertransformatoren

Halbleitertransformatoren sind noch eine sehr neue Technologie, die ihren ersten Massenmarkteinsatz sucht. Langsam scheint sie diesen in Rechenzentren und zunehmend auch in Photovoltaikparks zu finden.

Der nächste Schritt wird darin bestehen, die Produktion auszuweiten und im realen Betrieb zu demonstrieren, dass diese Transformatorenkonstruktion effizienter, zuverlässiger und/oder letztendlich kostengünstiger sein kann als die etablierteren traditionellen Konstruktionen.

Einige Startups haben sich für SSTs eingesetzt, darunter Heron Power, gegründet von einem ehemaligen Tesla-Manager, DG-Matrix, mit Schwerpunkt auf Rechenzentren, und Amperes Und, mit Hauptsitz in Singapur, aber auch mit Produktionskapazitäten in den USA.

Es bleibt abzuwarten, ob diese Startups oder die etablierten Giganten der Elektroindustrie diesen Markt letztendlich dominieren werden. Die Reaktionsfähigkeit der traditionellen Transformatorenhersteller auf diesen Technologiewandel dürfte für Investoren der entscheidende Faktor sein.

Investieren in Halbleitertransformatoren: Eaton (ETN)

Eaton ist ein bedeutender Anbieter von elektrischen Geräten und die Nummer 1 in den USA bei Stromumwandlungsanlagen, Niederspannungs- und Mittelspannungsanlagen sowie Hydraulik- und Kraftstoffpumpen für die Luft- und Raumfahrt.

Im Jahr 2025 erwirtschaftete das Unternehmen einen Umsatz von 24 Milliarden US-Dollar, was einem organischen Umsatzwachstum von 8 % entspricht; Amerika ist das größte Segment des Unternehmens, wobei Rechenzentren in letzter Zeit zum größten Kundensegment geworden sind (fast ein Viertel des Gesamtumsatzes).

Dies versetzt das Unternehmen in eine ideale Lage, um von den Trends der Elektrifizierung, des Baus von Rechenzentren, der Reindustrialisierung (insbesondere der Halbleiterindustrie) und des Ausbaus erneuerbarer Energien zu profitieren, sodass das erklärte Ziel des Unternehmens lautet:

„Wir werden das weltweit führende Energiemanagementunternehmen sein.“

Um dieses Ziel zu erreichen, hat das Unternehmen 1 Milliarde Dollar investiert, um seine Produktionskapazität um 2 Millionen Quadratfuß zu erweitern.

Darüber hinaus betrieb das Unternehmen auch eine „Mobilitäts“-Abteilung, die die Nachfrage nach Getrieben und Kupplungen für Nutzfahrzeuge (Nr. 1 in Amerika) und Elektromobilität bediente.

Insgesamt stammten 90 % der Rentabilität des Unternehmens im Jahr 2025 aus den Segmenten Elektrotechnik und Luft- und Raumfahrt.

Das Segment Luft- und Raumfahrt umfasst die Lieferung von Schlüsselkomponenten für zivile und militärische Flugzeuge wie die F-35, Boeing KC-46A, Sikorsky CH-53K, Boeing 777X, Boeing B737MAX, Airbus A350, Airbus A320NEO usw. Es liefert außerdem Komponenten für Weltraumanwendungen an SpaceX, Blue Origin, Ariane Group, Amazon, Eutelsat Group usw.

Als Spiegelbild der wachsenden Nachfrage nach elektrischen Geräten ist der Auftragsbestand von Eaton in den 2020er Jahren stetig angewachsen und wird im Jahr 2025 einen Rekordwert erreichen.

Im August 2025 erwarb Eaton das Unternehmen Resilient Power Systems, einen Hersteller von Halbleitertransformatoren, für 86 Millionen US-Dollar.

Das Startup hatte Entwürfe für ultrakompakte Ladestationen für Elektrofahrzeuge, die direkt an das bestehende Verteilnetz angeschlossen werden können, während Eaton weitere Wachstumschancen in den Bereichen Rechenzentren und Energiespeicherung sieht, wo seine bestehenden Beziehungen dazu beitragen könnten, mehr Geschäfte schneller abzuschließen.

„Wir freuen uns, Teil von Eaton zu werden, und sind überzeugt, dass unsere gebündelten Teams, Kompetenzen und führenden Technologien unser kontinuierliches Wachstum bei neuen Produkten und Märkten, einschließlich Rechenzentren, unterstützen werden. Unsere ultrakompakten Halbleitertransformatoren können die Energieeffizienz verbessern, die Markteinführungszeit von Projekten verkürzen und ein zuverlässiges Stromnetz gewährleisten.“

— Tom Keister, Mitbegründer und Geschäftsführer von Resilient

Da die meisten SST-Unternehmen noch immer nicht börsennotiert sind, erscheint die Verschmelzung der Resilient Power Systems-Technologie mit Eatons umfangreicher Erfahrung, seinem Vertriebsnetz und seiner Produktionskapazität als eine gute Möglichkeit für Investoren, sich am gesamten Energiewende-Sektor zu beteiligen, ohne das Risiko von Störungen durch das Erscheinen dieser neuen Technologie auf dem Markt einzugehen, und stattdessen davon zu profitieren.

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