Vir: ise.fraunhofer.de
Z napredovanjem energije postaja širitev električnih omrežij vse pomembnejša. Na omrežje je priključenih vedno več elektrarn na obnovljive vire energije in sistemov za shranjevanje električne energije. To daje močni elektroniki odločilno vlogo, ker je nujno, da te sisteme priključite na omrežje. Vendar pa mora močna elektronika poleg samega dovajanja ali povratne povezave električne energije opravljati tudi druge naloge, ki podpirajo omrežje. V" SiC-MSBat" Raziskovalci na Fraunhoferjevem inštitutu za sisteme sončne energije ISE so skupaj s partnerji razvili in uspešno naročili zelo kompakten pretvornik za neposredno napajanje v srednje napetostno omrežje.
Trenutno se pretvorniki večinoma napajajo v nizkonapetostno omrežje. Nato so prek velikih 50 Hz transformatorjev priključeni na srednjenapetostno omrežje. Uporaba novih vrst tranzistorjev iz silicijevega karbida (SiC) z zelo visokimi blokirnimi napetostmi zdaj omogoča tudi pretvornike neposredno v srednje napetostno omrežje. Zahvaljujoč visoki dinamiki krmiljenja pretvornikov SiC lahko prevzamejo naloge stabiliziranja omrežja in na primer delujejo kot aktivni filtri moči, da kompenzirajo harmonike v srednjenapetostnem omrežju. Poleg tega lahko pretvorniki SiC dosežejo veliko večje gostote moči kot običajni pretvorniki. To ima za posledico kompaktno zasnovo, kar je posebna prednost pri gradnji obratov v mestnih središčih ali pri obnovi obstoječih starih obratov. Poleg samih sistemskih stroškov imajo zelo pomembno vlogo tudi gradnja in stroški infrastrukture, zlasti v urbanih območjih. V okviru projekta&"SiC-MSBat - srednjenapetostni pretvorniki z visokonapetostnimi napajalnimi moduli SiC za obsežne shranjevalne in sistemsko oskrbovane distribucijske mreže &" je bil razvit 250-kW pretvorniški sklop za napajanje v 3-kV izmenična omrežja. Tu se uporabljajo novi 3.3-kV SiC tranzistorji. Ti imajo bistveno nižje izgube moči kot primerljivi silicijevi tranzistorji. To omogoča upravljanje sklopa pretvornikov s preklopno frekvenco 16 kHz. Z najsodobnejšimi silicijevimi tranzistorji je v tem napetostnem razredu možno le približno 10-krat nižje preklopne frekvence. Visoka preklopna frekvenca omogoča prihranek pasivnih komponent, saj jih je mogoče dimenzionirati v manjši format. Druga posebnost pretvornika je njegovo aktivno tekoče hlajenje s sintetičnim estrom kot hladilnim medijem. Ta medij se črpa skozi pretvornik in hladi tako tranzistorje preko hladilnega telesa s tekočino kot tudi dušilke filtra, ki so nameščene v zaprti posodi. Hladilni medij za filtrirne dušilke hkrati služi kot električni izolacijski medij, kar omogoča filtrirne dušilke še bolj kompaktne. Pretvornik je bil zgrajen in preizkušen v laboratorijih Fraunhofer ISE' s doseganjem zelo visoke stopnje učinkovitosti 98,4 odstotka pri nazivni moči. Zasnova naprave omogoča modularno medsebojno povezavo več sklopov pretvornikov, da doseže sistemsko izhodno moč več megavatov. Ob upoštevanju dodatnega prostora za namestitev stikalne in hladilne enote je mogoče doseči prihranek prostornine pretvorniškega sistema do 40 odstotkov v primerjavi s komercialnimi pretvorniškimi sistemi tega napetostnega razreda. Projekt je financiralo nemško zvezno ministrstvo za gospodarske zadeve in energetiko (BMWi) v okviru šestega programa energetskih raziskav v okviru podpodročja" Integracija obnovljivih virov energije in sistemov za regenerativno oskrbo z energijo" ;. Projektni partnerji so bili Semikron Elektronik GmbH& Co. KG in STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH. Semikron je bil v projektu odgovoren za razvoj 3,3 kV SiC modulov, STS pa predvsem za induktivne komponente. Fraunhofer ISE vidi veliko potencialnih aplikacij za uporabo visoko blokirajočih SiC naprav v srednje napetostnem območju." Zlasti pri velikih fotovoltaičnih elektrarnah je trend v smeri višjih in višjih napetosti," pravi Andreas Hensel, vodja ekipe za srednje napetost Power Electronicsat Fraunhofer ISE." S tehnologijo 1500 V PV, ki je na voljo že nekaj let, je nizkonapetostna direktiva že v celoti izkoriščena. Naslednji korak tukaj bo prehod na napajanje na srednjenapetostni ravni, kar bo prineslo dodatne možnosti za prihranek in izboljšave sistemskega koncepta PV elektrarn." Poleg regenerativnih elektrarn in velikih sistemov za shranjevanje baterij so med drugimi področji uporabe srednjenapetostne pogonske elektronike tudi pogonski sistemi in železniška tehnologija. Za testiranje takšnih sistemov ima Fraunhofer ISE laboratorij z več megavati, ki je bil odprt sredi leta 2019. To omogoča delovanje srednje napetostnih sistemov z močjo do 20 MVA.Kompaktna zasnova zaradi visoke preklopne frekvence
Prihodnja močnostna elektronika na srednje napetostni ravni
