Festkörper-Transformatoren: Die Zukunft der Netzelektrifizierung?

Wenn wir über den Prozess der Elektrifizierung sprechen, der unsere Wirtschaft und Industrie übernimmt, denken wir meistens an Elektrofahrzeuge, Batterien, Schnellladestationen, erneuerbare Energien usw.

Aber letztendlich basieren all diese neuen Technologien immer noch auf ziemlich alten Designs für die grundlegende Umwandlung von Hochleistungsstrom von Kraftwerken und Solarfarmen zu den in Autos, Häusern, Rechenzentren, Industrieanlagen usw. genutzten Spannungspegeln.

Das Grunddesign des modernen Transformators stammt aus dem späten 19. Jahrhundert, wobei die ersten kommerziellen Modelle von William Stanley Jr. entwickelt und später, als die Wechselstromnetze expandierten, von Westinghouse und Nikola Tesla weiter verfeinert wurden. Das Grundprinzip – elektromagnetische Induktion mit Eisenkernen und Kupferwicklungen – ist seit über einem Jahrhundert weitgehend unverändert.

Dies war ein Design, das ausreichte, als die einzige Aufgabe von Transformatoren darin bestand, einen standardisierten Strom vom Netz auf das richtige Niveau unter relativ stabilen und vorhersehbaren Bedingungen zu bringen.

Aber jetzt, da das Stromnetz und die Stromerzeugung dezentraler werden und die Anforderungen an die Stromqualität strenger werden, reicht das kaum noch aus.

Glücklicherweise eröffnet der Fortschritt bei Materialien aus der Halbleiterindustrie den Weg für einen neuen potenziellen Transformator‑Typ: Festkörper‑Transformatoren.

Das jahrhundertealte Netz: Wie traditionelle Transformatoren funktionieren

Technische Grundlagen traditioneller Transformatoren

Wie erklärt, ist ein Transformator ein Gerät, das einen Strom bei einer bestimmten Spannung aufnimmt und in eine andere Spannung umwandelt, entweder niedriger oder höher. Die Kapazität und Stromumwandlung eines klassischen Transformators werden durch die Anzahl der Kupfer‑ oder Aluminiumwicklungen um den Eisenkern festgelegt. Zusätzliche Bauteile wie Leistungsschalter, Buchsen, Sicherungen und andere Materialien sorgen dafür, dass der Transformator sicher arbeitet.

Während sie unflexibel und sperrig sind, sind dies sehr langlebige Maschinen, die jahrzehntelang, sogar ein ganzes Jahrhundert, eingesetzt werden können. Es ist auch ein großes Geschäft, mit einem Markt von 69 Mrd. $ im Jahr 2025, und erwartet, bis 2034 mit einer CAGR von 7,97 % auf 135,9 Mrd. $ zu wachsen.

Dennoch sind Transformatoren, wie sie heute hergestellt werden, relativ grobe Geräte, die frühe Technologie aus den 1900er‑Jahren nutzen. Da wir immer abhängiger von Elektrizität für Verkehr, Konnektivität und andere moderne Anwendungen werden, kann das ein Problem werden, besonders weil das Stromnetz nicht mehr nur von wenigen riesigen Kraftwerken betrieben wird, sondern zunehmend von intermittierenden, dezentralen erneuerbaren Quellen.

„Ein altmodischer Transformator aus Stahl, Kupfer und Öl verfügt über keinerlei Überwachung, keine Steuerung. In Fällen, in denen es zu Stromspitzen kommt oder ein Kraftwerk offline geht, kann das ein Risiko darstellen.“— Drew Baglino – Gründer und CEO des Festkörper‑Transformatorunternehmens Heron Power

Wie Festkörper‑Transformatoren (SST) funktionieren

Dies geschieht mit dem Bewusstsein, dass Ingenieure Transformatoren neu erfinden wollen. Statt Kupfer und Eisen richteten sie ihr Augenmerk auf neue Materialien, die in Elektrofahrzeugen und Halbleitern verwendet werden, wie Siliziumkarbid und Galliumnitrid.

Ein weiterer grundlegender Unterschied im Design besteht darin, dass Festkörper‑Transformatoren (SSTs) nicht aus einem massiven Eisen‑ & Kupferblock bestehen, sondern aus vielen kleineren Modulen, die zusammengebaut werden. Dadurch kann ihre Kapazität leicht geändert werden, und ein fehlerhaftes Modul lässt sich einfach austauschen.

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

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Lösung des globalen Transformator‑Lieferengpasses

Ein weiteres Problem mit traditionellen Transformatoren ist schlicht, dass sie in letzter Zeit sehr schwer zu finden sind.

Während die Nachfrage nach mehr Netzkapazität aufgrund der Elektrifizierung und dem Bau von Multi‑Gigawatt‑Rechenzentren steigt, kämpfen US‑Versorgungsunternehmen darum, genügend Transformatoren zu finden, um das Netz zu erhalten und sogar weiter zu verbessern.

Ein Schlüsselfaktor ist, dass das Stromnetz altert, und selbst ein so robustes Gerät wie ein Transformator könnte alle 50‑70 Jahre einen Austausch benötigen. Mehr als die Hälfte der US‑Verteilungstransformatoren, etwa 40 Millionen Einheiten, sind bereits über ihre erwartete Lebensdauer hinaus.

In Kombination mit steigenden Rohstoffpreisen, insbesondere für Kupfer, hat dies dazu geführt, dass die Transformatorpreise seit 2019 je nach Kategorie um 45 % bis 95 % gestiegen sind.

„Leistungshalbleiter werden immer günstiger. Stahl, Kupfer und Öl sind leider nicht in dieser Situation. Rohstoffpreise können stark schwanken und steigen in der Regel.“— Drew Baglino – Gründer und CEO des Festkörper‑Transformatorunternehmens Heron Power

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

Schließlich gab es nicht genug Investitionen, um das Angebot an Transformatoren zu erhöhen; viele Unternehmen schlossen sogar in den frühen 2000er‑Jahren, teilweise wegen zu geringer Investitionen der Versorgungsunternehmen in das Netz. Daher ist die Lieferkette von Transformatoren, einschließlich der speziellen Stahlqualität, die sie benötigt (Elektrostahl), derzeit nicht in ausreichender Menge verfügbar.

Allerdings werden Festkörper‑Transformatoren das Kostenproblem neuer Transformatoren nicht sofort lösen, selbst wenn sie ein dringend benötigtes zusätzliches Angebot bereitstellen können. Das liegt daran, dass sie derzeit noch 5‑ bis 10‑mal teurer sind als traditionelle Transformatoren.

SST‑Anwendungen: Wo Festkörper‑Transformatoren Vorteile haben

KI‑Rechenzentren und Hochleistungsinfrastruktur

Zusammen genommen ändern diese Kapazitätsunterschiede zwischen alten Transformatoren und Festkörper‑Transformatoren völlig, wie sie eingesetzt werden können.

Sie können die Aufgaben vieler verschiedener derzeit genutzter Stromversorgungsgeräte übernehmen, gleichzeitig die Strompegel glätten, AC in DC (oder umgekehrt) umwandeln, sowohl an das Netz als auch an Batterien anschließen usw.

Dies hat SSTs zu einer sehr attraktiven Option für Rechenzentren gemacht, die mit Stromversorgungsproblemen konfrontiert sind, die weitaus komplexer sind als bei durchschnittlichen Stromverbrauchern. Beispielsweise können SSTs die Notwendigkeit von USV‑Systemen (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) sowie die Anbindung an das nationale Netz, Batteriefarmen und lokale Erzeugung erneuerbarer Energie (Behind‑the‑Meter‑Strom) gleichzeitig eliminieren.

Die kompakteren SSTs sparen zudem viel Platz in einem Rechenzentrum und schaffen Kapazität für weitere Rechnerregale oder unterstützende Systeme wie Kühlung. Die zusätzlichen Kosten gehen also mit zusätzlichen Einsparungen für Sonderfälle wie Rechenzentren einher, die viel mehr benötigen, als ein einfacher traditioneller Transformator liefern kann.

„Wenn Sie die Kosten für alles, was wir entfernt haben, zusammenzählen, liegen wir bei 60 % bis 70 % dieser Kosten.“— Haroon Inam, Mitbegründer und CEO von DG Matrix, sagte gegenüber TechCrunch.

Derzeit sind Rechenzentren die ersten Kunden für diese neue Technologie, da sie Flexibilität und Kompaktheit schätzen. Darüber hinaus können sie „die Schlange überspringen“ für neue Transformatoren. Schließlich bietet sie die Art von Stromstabilität, die bisher erhebliche zusätzliche Investitionen erforderte; zum Beispiel können die Transformatoren von Heron Link Rechnerregale für 30 Sekunden mit Strom versorgen, während Backup‑Quellen hochfahren.

Erneuerbare Energien und Netzspeicher

Die meisten Stromerzeugungen wurden um AC herum konzipiert, da sie ursprünglich von einer rotierenden Turbine in Kohle‑, Gas‑ oder Wasserkraftwerken erzeugt wurden. Photovoltaik, die zu einer dominanten Quelle der Energieerzeugung heranwächst, erzeugt jedoch natürlich DC‑Strom, der zunächst durch Wechselrichter in AC umgewandelt werden muss, bevor er ins Netz eingespeist wird.

Dasselbe gilt für Batterien, die möglicherweise an das AC‑Netz angeschlossen werden, aber sowohl als Eingangs‑ als auch als Ausgangs‑DC benötigen.

Als Ergebnis kann ein Festkörper‑Transformator, der sowohl die Aufgaben eines Wechselrichters als auch eines Transformators übernimmt, am Ende denselben Preis wie zwei separate Standardsysteme kosten.

EV‑Ladung und bidirektionale Unterstützung

Platz und die Gesamtabmessungen einer Anlage können begrenzende Faktoren für EV‑Ladestationen sein. In dieser Hinsicht könnte die Dichte von SST zu einem Wettbewerbsvorteil werden.

Wie Batteriefarmen profitieren sie auch von ihrer Fähigkeit, die Spannung zu ändern und gleichzeitig die Aufgabe eines AC‑DC‑Wechselrichters zu übernehmen.

Schließlich könnte ein Festkörper‑Transformator in einer Ladestation sie zu zusätzlichen Speichereinheiten machen, da dasselbe Gerät zwischen dem Ziehen von Strom aus dem Netz und der Einspeisung von Energie ins Netz wechseln könnte.

Derzeit werden EV‑Fahrer wahrscheinlich nicht sehr daran interessiert sein, diese Rolle einer „mobilen Batterie“ zu übernehmen. In Zukunft könnten jedoch Flotten selbstfahrender Autos ihre Rentabilität steigern, indem sie ihre Speicherkapazität in kritischen Momenten „vermieten“ und Ladestationen sowie SSTs nutzen, um Energie während Spitzenlastzeiten zurück ins Netz zu speisen.

Dieser Trend wird weiter zunehmen, da die Batteriepacks von EVs immer langlebiger werden und bei häufigeren Lade‑Entlade‑Zyklen kaum bis gar keine Degradation aufweisen.

Die Zukunft des intelligenten Stromnetzes

Derzeit sind SSTs einfach zu teuer und zu neu, damit Versorgungsunternehmen sie in ihr elektrisches Netzwerk integrieren können.

Langfristig könnten sie jedoch eine radikale Veränderung im Management von Stromnetzen bewirken. Sie könnten insbesondere die Übertragungs‑ und Verteilungskosten senken, einen der größten Treiber für die Inflation von Versorgungsrechnungen.

Dies liegt daran, dass Festkörper‑Transformatoren auf sich ändernde Bedingungen reagieren können, wodurch Netzbetreiber mehr Strom über dieselben Leitungen senden können und der Bedarf an neuen Leitungen trotz wachsendem Stromverbrauch reduziert wird.

„Man kann die Infrastruktur tatsächlich erschwinglicher machen, weil man mehr Kilowattstunden durch dieselben Masten und Leitungen leitet. Dort kann Intelligenz, anstelle passiver mechanischer Objekte, die vor 100 Jahren entworfen wurden, einen großen Unterschied machen.“— Drew Baglino – Gründer und CEO des Festkörper‑Transformatorunternehmens Heron Power

Es ist zu beachten, dass Siliziumkarbid und andere Halbleiter für Leistungsanwendungen erst seit weniger als einem Jahrzehnt in Massenproduktion gehen, dank des EV‑Booms. Daher ist es logisch, dass sie im Laufe der Zeit immer günstiger werden, wenn effizientere Fertigungsverfahren entwickelt werden und die Branche Skaleneffekte nutzt.

Wahrscheinlich wird dies der notwendige Schritt für Versorgungsunternehmen sein, um Festkörper‑Transformatoren in großem Maßstab zu installieren, was dann eine zweite Welle von Skaleneffekten erzeugen wird.

Fazit zum Markt für Festkörper‑Transformatoren

Festkörper‑Transformatoren sind noch eine sehr neue Technologie, die nach ihrer ersten Massenmarktanwendung sucht. Sie scheinen langsam mit Rechenzentren und zunehmend mit Photovoltaik‑Farmen Fuß zu fassen.

Der nächste Schritt wird sein, die Produktion zu skalieren und im realen Betrieb zu demonstrieren, dass dieses Transformator‑Design effizienter, zuverlässiger und/oder letztlich günstiger sein kann als die etablierten traditionellen Designs.

Einige Start‑ups treiben SSTs voran, darunter Heron Power, gegründet von einem ehemaligen Tesla‑Manager, DG Matrix, fokussiert auf Rechenzentren, und Amperesand, mit Sitz in Singapur, aber ebenfalls mit Kapazität in den USA.

Es bleibt abzuwarten, ob diese Start‑ups oder die etablierten Giganten der Elektroindustrie diesen Markt letztlich dominieren werden, wobei die Reaktionsfähigkeit traditioneller Transformator‑Unternehmen auf diesen Technologiewandel wahrscheinlich der entscheidende Faktor für Investoren ist.

Investieren in Festkörper‑Transformatoren: Eaton (ETN)

Eaton ist ein riesiger Anbieter von elektrischer Ausrüstung und rangiert Platz 1 in den USA für Stromumwandlungsgeräte, Niederspannungs‑ & Mittelspannungs‑Elektrogeräte sowie Luft- und Raumfahrt‑Hydraulik und Kraftstoffpumpen.

Im Jahr 2025 erzielte das Unternehmen einen Umsatz von 24 Mrd. $, bei einem organischen Umsatzwachstum von 8 %. Die Amerikas sind das größte Segment, wobei Rechenzentren kürzlich zum größten Kundensegment wurden (fast ein Viertel aller Einnahmen).

Dies stellt das Unternehmen in eine perfekte Position, um vom Trend der Elektrifizierung, dem Bau von Rechenzentren, der Re‑Industrialisierung (insbesondere Halbleiter‑Fabriken) und dem Ausbau erneuerbarer Energien zu profitieren, sodass das erklärte Ziel des Unternehmens lautet:

„Wir werden das weltweit führende Unternehmen für Energiemanagement sein.“

Um dieses Ziel zu erreichen, hat das Unternehmen 1 Mrd. $ investiert, um seine Produktionskapazität um 2 Millionen ft² zu erweitern.

Zusätzlich verwaltet das Unternehmen einen „Mobility“‑Bereich, der die Nachfrage nach Getrieben & Kupplungen für Nutzfahrzeuge (Platz 1 in den Amerikas) und elektrischer Mobilität bedient.

Insgesamt stammten 90 % der Profitabilität des Unternehmens im Jahr 2025 aus den Bereichen Elektrik und Luft‑ und Raumfahrt.

Der Luft‑ und Raumfahrt‑Sektor umfasst die Bereitstellung 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. Außerdem liefert das Unternehmen Komponenten für Weltraumanwendungen an SpaceX, Blue Origin, Ariane Group, Amazon, Eutelsat Group usw.

Die wachsende Nachfrage nach elektrischer Ausrüstung spiegelt sich im stetig wachsenden Auftragsbestand von Eaton wider, der in den 2020er‑Jahren ein Rekordniveau im Jahr 2025 erreichte.

Im August 2025 erwarb Eaton das Festkörper‑Transformator‑Unternehmen Resilient Power Systems für 86 Mio. $.

Das Start‑up hatte Designs für ultra‑kompakte EV‑Ladedepots, die direkt an das bestehende Verteilungsnetz angeschlossen werden, während Eaton weitere Wachstumsperspektiven im Bereich Rechenzentren und Energiespeicherung sieht, wo seine bestehenden Beziehungen schnellere Abschlüsse ermöglichen könnten.

„Wir freuen uns, zu Eaton zu stoßen, und glauben, dass unsere kombinierten Teams, Fähigkeiten und führende Technologie unser kontinuierliches Wachstum in neuen Produkten und Märkten unterstützen werden, einschließlich Rechenzentren. Unsere ultra‑kompakten Festkörper‑Transformatoren können die Energieeffizienz verbessern, die Markteinführungszeit für Projekte verkürzen und ein zuverlässiges Netz unterstützen.“— Mitbegründer und CEO von Resilient Tom Keister

Da die meisten SST‑Unternehmen noch privat gelistet sind, erscheint die Fusion der Resilient‑Technologie mit Eatons umfangreicher Erfahrung, Vertriebsnetz und Fertigungskapazität als ein guter Weg für Investoren, dem Sektor der Stromumwandlung als Ganzes zu begegnen, ohne das Risiko einer Marktstörung durch diese neue Technologie, und gleichzeitig davon zu profitieren.

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