Avots: ise.fraunhofer.de
Tā kā enerģijas pāreja turpinās, elektrības tīklu paplašināšana kļūst arvien nozīmīgāka. Arvien vairāk atjaunojamās enerģijas ražošanas iekārtu, kā arī elektrisko uzglabāšanas sistēmu tiek pievienotas tīklam. Tas jaudas elektronikai piešķir izšķirošu lomu, jo ir svarīgi šīs sistēmas savienot ar tīklu. Tomēr papildus elektroenerģijas ievadīšanai vai ievadīšanai elektroenerģijas elektronikā jāveic arī citi tīkla atbalsta uzdevumi. SiC-MSBat&citātā: projekta laikā Fraunhofera Saules enerģijas sistēmu institūta pētnieki ISE kopā ar partneriem tagad ir izstrādājuši un veiksmīgi pasūtījuši ļoti kompaktu invertoru tiešai padevei vidējā sprieguma tīklā.
Pašlaik invertori pārsvarā barojas zemsprieguma tīklā. Pēc tam tos savieno ar vidēja sprieguma tīklu, izmantojot lielus 50 Hz transformatorus. Jauna veida silīcija karbīda (SiC) tranzistoru izmantošana ar ļoti augstu bloķēšanas spriegumu tagad arī ļauj tieši savienot invertorus ar vidēja sprieguma tīklu. Pateicoties SiC invertoru augstajai vadības dinamikai, viņi var veikt tīkla stabilizēšanas uzdevumus un, piemēram, darboties kā aktīvās jaudas filtri, lai kompensētu harmonikas vidējā sprieguma tīklā. Turklāt SiC invertori var sasniegt daudz lielāku jaudas blīvumu nekā parastie invertori. Tā rezultātā tiek izveidots kompakts dizains, kas ir īpaša priekšrocība, ja rūpnīcas jābūvē pilsētas centrā vai esošās vecās rūpnīcas ir jāuzstāda. Papildus tikai sistēmas izmaksām, ļoti svarīga loma ir arī būvniecības un infrastruktūras izmaksām, īpaši pilsētu teritorijās. Projekta&ietvaros SiC-MSBat - vidēja sprieguma invertori ar augstsprieguma SiC barošanas moduļiem liela apjoma uzglabāšanas un sistēmu apkalpojošiem sadales tīkliem&", tika izstrādāta 250 kW invertora kaudze barošanai 3 kV maiņstrāvas tīklos. Šeit tiek izmantoti jauni 3,3 kV SiC tranzistori. Tiem ir ievērojami mazāki jaudas zudumi nekā salīdzināmiem silīcija tranzistoriem. Tas ļauj darbināt invertora skursteni ar pārslēgšanās frekvenci 16 kHz. Izmantojot vismodernākos silīcija tranzistorus, šajā sprieguma klasē ir iespējamas tikai aptuveni 10 reizes zemākas komutācijas frekvences. Augstā komutācijas frekvence ļauj ietaupīt pasīvos komponentus, jo tos var izmērīt mazākā formātā. Vēl viena invertora īpašība ir tā aktīvā šķidruma dzesēšana ar sintētisko esteri kā dzesēšanas vidi. Šī vide tiek sūknēta caur invertoru un atdzesē gan tranzistorus, izmantojot šķidru siltuma izlietni, gan filtru droseles, kas atrodas slēgtā tvertnē. Tajā pašā laikā filtra droseles dzesēšanas vide kalpo kā elektriskās izolācijas vide, kas ļauj filtru droseles padarīt vēl kompaktākas. Invertors tika uzbūvēts un pārbaudīts Fraunhofer ISE' laboratorijās, sasniedzot ļoti augstu efektivitātes līmeni - 98,4 procentus pēc nominālās jaudas. Ierīces konstrukcija ļauj modulāri savienot vairākus invertoru skursteņus, lai panāktu sistēmas megavatu jaudu. Ņemot vērā komutatoru un dzesēšanas iekārtu papildu uzstādīšanas vietu, var panākt invertora sistēmas apjoma ietaupījumu līdz 40 procentiem, salīdzinot ar šīs sprieguma klases komerciālajām invertoru sistēmām. Projektu finansēja Vācijas Federālā ekonomikas un enerģētikas ministrija (BMWi) kā daļu no 6. Enerģētikas pētniecības programmas apakšzonā" Atjaunojamo energoresursu un reģeneratīvo energoapgādes sistēmu integrācija" ;. Projekta partneri bija Semikron Elektronik GmbH& Co KG un STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH. Semikron bija atbildīgs par 3,3 kV SiC moduļu izstrādi projektā, STS galvenokārt bija atbildīgs par induktīvajiem komponentiem. Fraunhofer ISE saskata daudz potenciālu lietojumu augstas bloķēšanas SiC ierīču izmantošanai vidēja sprieguma diapazonā." Īpaši lielām fotogalvaniskām elektrostacijām ir tendence uz arvien augstāku spriegumu," saka Andreass Hensels, komandas Fraunhofer ISE vidējā sprieguma elektrotehnikas komandas vadītājs." Ar 1500 V PV tehnoloģiju, kas ir bijusi pieejama dažus gadus, zemsprieguma direktīva jau tiek pilnībā izmantota. Nākamais solis būs pāreja uz padevi vidēja sprieguma līmenī, kas radīs papildu iespējas ietaupīt un uzlabot PV elektrostaciju sistēmas koncepciju." Papildus reģeneratīvajām spēkstacijām un lielām akumulatoru uzglabāšanas sistēmām citas vidēja sprieguma spēka elektronikas pielietošanas jomas ietver piedziņas sistēmas un sliežu tehnoloģijas. Šādu sistēmu testēšanai Fraunhofer ISE ir daudz megavatu laboratorija, kas tika atklāta 2019. gada vidū. Tas ļauj darbināt vidēja sprieguma sistēmas ar jaudu līdz 20 MVA.Kompakts dizains augstās komutācijas frekvences dēļ
Nākotnes jaudas elektronika vidēja sprieguma līmenī
