Avots: ines-solaire.org
CEA uzņēmumā INES ir izstrādājis pirmo 400 W fotoelektriskā mikroinvertora prototipu, kas izgatavots ar GaN tranzistoriem, ko izstrādājušas CEA laboratorijas Leti.
Tas piedāvā lielu jaudas blīvumu 1,1 kW/L un 97 procentu efektivitāti (salīdzinājumā ar 0,3 kW/L un 95 procentiem parastajām tehnoloģijām, kurās izmanto silīcija komponentus).
Fotoelektriskie paneļi rada tiešo elektrisko strāvu. Lai tos savienotu ar elektrotīklu, nepieciešams invertors, kas nodrošina patērētājiem maiņstrāvu. Šis pārveides solis rada enerģijas zudumus, ko var samazināt ar jauniem komponentiem.
Lielas uz zemes montētas fotoelektriskās iekārtas, kā arī iekārtas, kas uzstādītas terciārajās vai rūpnieciskajās ēkās, ir aprīkotas ar "centralizētiem" vai "stīgu" invertoriem un savienotas ar trīsfāzu elektrotīklu.
Mājas instalācijām pieejamais elektrotīkls ir vienfāzes un zemsprieguma. Uz jumtiem uzstādītie fotoelektriskie paneļi ir potenciāli pakļauti lielākam ēnojumam, kas izraisa zudumus. Tāpēc ir interesanti katram fotoelektriskajam panelim pievienot invertoru, kas nodrošina neatkarīgu darbību starp moduļiem, optimālu vienības ražīgumu un ļoti modulāras darbības (viegla nomaiņa). Šāda veida invertorus ar jaudu no 200 līdz 500 W sauc par mikroinvertoru. Tas ir uzstādīts katra paneļa aizmugurē.
Šajā iekārtā tiek izmantoti galvenie komponenti: jaudas pusvadītāji.
INES CEA izstrādā jaunas paaudzes invertorus, lai samazinātu izmaksas, uzlabotu energoefektivitāti un atbalstītu elektrotīklu. Šo objektu kompaktums ir arī jautājums, lai kontrolētu ietekmi uz elektrostaciju uzstādīšanas un uzturēšanas izmaksām un samazinātu materiālu izmantošanu.
Mūsu pētījumi ir vērsti uz elektronisko arhitektūru un izmanto "lielas atstarpes" pusvadītājus, piemēram, silīcija karbīdu (SiC) un gallija nitrīdu (GaN), jo īpaši tos, kas izstrādāti CEA-LETI laboratorijās Grenoblē.
GaN tehnoloģija ir viena no tā sauktajām "platjoslas pusvadītājiem" (platjoslas pusvadītāji), kas paplašina jaudas pusvadītāju robežas, izmantojot silīciju.
Tas ļauj miniaturizēt un palielināt energoefektivitāti, vienlaikus samazinot izmaksas.
Fotoelementu un automobiļu rūpniecība (ar elektriskajiem transportlīdzekļiem) ir šo jauno pārveidotāju, kuru pamatā ir GaN vai SiC pusvadītāji, galvenais izaugsmes virzītājspēks.
CEA-Leti ir vismodernākā epitaksija (600 V un 1200 V) un tehnoloģija, lai ražotu GaN 600 V diodes un jaudas tranzistorus, kas pārspēj silīcija ekvivalentus. Ar šo koplanāro tehnoloģiju būtu iespējams padarīt jaudas komponentu "gudrāku" ar aizsardzības (temperatūra, spriegums, strāva utt.) un vadības (vadītāja) funkcijām. Ir iespējams arī konstruēt divvirzienu sprieguma pārtraucējus, kas pašlaik nepastāv.
INES CEA ir izveidojis augstas temperatūras dinamisko raksturojumu stendu šiem jaunajiem GaN tranzistoriem, kā arī pirmo 400 W fotoelektriskā mikroinvertora prototipu, izmantojot CEA Leti komponentu departamenta izgatavotos tranzistorus. Šis mikroinvertors sastāv no diviem pārveidošanas posmiem:
- Līdzstrāvas/līdzstrāvas pakāpe, kas sastāv no 5 GaN 100 V tranzistoriem
- Līdzstrāvas/maiņstrāvas pakāpe, kas sastāv no 4 GaN 650 V tranzistoriem
2022. gada beigās plānota otrā mikroinvertoru paaudze, izmantojot optimizētus GaN tranzistorus. Lai pierādītu koncepciju par lielāku jaudu, tiks izmantoti arī citi invertoru izmēri.
Paredzams, ka šī tehnoloģija tirgū nonāks līdz 2025-2027. Tikmēr INES CEA-Leti un CEA-Liten pētnieki uzlabos tehnoloģiju un izstrādās integrētu digitālās vadības sistēmu. Komanda nākamajos gados atklās jaunus prototipus.
Šis darbs ir patentu priekšmets un vairāki raksti un prezentācijas starptautiskās konferencēs (PCIM, EPE).
