Lähde: ines-solaire.org
INESin CEA on tuottanut ensimmäisen prototyypin 400 W:n aurinkosähkömikroinvertteristä, joka on valmistettu Letin CEA-laboratorioiden kehittämästä GaN-transistoreista.
Sen tehotiheys on 1,1 kW/L ja hyötysuhde 97 prosenttia (verrattuna 0,3 kW/L ja 95 prosenttiin perinteisissä piikomponentteja käyttävissä teknologioissa).
Aurinkosähköpaneelit tuottavat tasavirtaa. Niiden kytkemiseen sähköverkkoon tarvitaan invertteri, joka tuottaa vaihtovirtaa kuluttajille. Tämä muunnosvaihe johtaa energiahävikkiin, jotka voidaan minimoida uusilla komponenteilla.
Suuret maahan asennetut aurinkosähkölaitokset sekä palvelu- tai teollisuusrakennuksiin asennetut laitokset on varustettu "keskitetyillä" tai "jono"inverttereillä ja kytketty kolmivaiheiseen sähköverkkoon.
Kotitalousasennuksissa käytettävissä oleva sähköverkko on yksivaiheinen ja matalajännite. Katoille asennetut aurinkosähköpaneelit saattavat altistua enemmän varjostukselle, mikä johtaa hävikkiin. Siksi on mielenkiintoista liittää jokaiseen aurinkosähköpaneeliin invertteri, joka mahdollistaa itsenäisen toiminnan moduulien välillä, optimaalisen yksikön tuoton ja erittäin modulaarisen toiminnan (helppo vaihto). Tämän tyyppistä invertteriä, jonka teho on 200–500 W, kutsutaan mikroinvertteriksi. Se asennetaan jokaisen paneelin takaosaan.
Tämä laite käyttää avainkomponentteja: tehopuolijohteita.
INESin CEA kehittää uuden sukupolven invertteriä alentaakseen kustannuksia, parantaakseen energiatehokkuutta ja tukeakseen sähköverkkoa. Näiden kohteiden tiiviys on myös ongelma, jotta vaikutusta voimalaitosten asennus- ja ylläpitokustannuksiin voidaan hallita sekä materiaalien käyttöä minimoida.
Tutkimuksemme keskittyy elektroniseen arkkitehtuuriin ja käyttää "suuren aukon" puolijohteita, kuten piikarbidia (SiC) ja galliumnitridiä (GaN), erityisesti niitä, jotka on kehitetty CEA-LETI:n laboratorioissa Grenoblessa.
GaN-teknologia on yksi niin sanotuista "wide-gap"-tekniikoista (laajakaistapuolijohteet), jotka ylittävät piitä käyttävien tehopuolijohteiden rajoja.
Se mahdollistaa pienentämisen ja lisää energiatehokkuutta samalla kun alentaa kustannuksia.
Aurinkosähkö- ja autoteollisuus (sähköajoneuvoilla) ovat näiden uusien GaN- tai SiC-puolijohteisiin perustuvien muuntimien tärkeimmät kasvutekijät.
CEA-Letillä on huippuluokan epitaksi (600 V ja 1 200 V) ja teknologia, joka tuottaa GaN 600 V -diodeja ja tehotransistoreja, jotka ylittävät piiekvivalentit. Tällä koplanaarisella tekniikalla olisi mahdollista tehdä tehokomponentista "älykkäämpi" suojaus- (lämpötila, jännite, virta jne.) ja ohjaus- (ohjain) toiminnoilla. On myös mahdollista suunnitella kaksisuuntaisia jännitekatkaisijoita, joita ei ole olemassa tällä hetkellä.
INESin CEA on rakentanut korkean lämpötilan dynaamisen karakterisointipenkin näille uusille GaN-transistoreille sekä ensimmäisen prototyypin 400 W:n aurinkosähkömikroinvertteristä, joka käyttää CEA Letin komponenttiosaston valmistamia transistoreita. Tämä mikroinvertteri koostuu kahdesta muunnosvaiheesta:
- DC/DC-aste, jossa on 5 GaN 100 V transistoria
- DC/AC-aste, jossa on 4 GaN 650V transistoria
Toisen sukupolven mikroinvertterit suunnitellaan tulevan vuoden 2022 loppuun, ja niissä käytetään optimoituja GaN-transistoreja. Myös muun kokoiset invertterit on suunnattu konseptin todistamiseksi suuremmilla tehoilla.
Tämän teknologian odotetaan saapuvan markkinoille 2025-2027 mennessä. Sillä välin INESin CEA-Letin ja CEA-Litenin tutkijat parantavat tekniikkaa ja kehittävät integroidun digitaalisen ohjausjärjestelmän. Tiimi paljastaa uusia prototyyppejä tulevina vuosina.
Tämä työ on patentoitujen ja useiden artikkeleiden ja esitelmien kohteena kansainvälisissä konferensseissa (PCIM, EPE).
