Vir: ines-solaire.org
CEA pri INES je izdelal prvi prototip 400 W fotovoltaičnega mikropretvornika, izdelanega s tranzistorji GaN, ki so jih razvili laboratoriji CEA pri Letiju.
Ponuja visoko gostoto moči 1,1 kW/L in učinkovitost 97 odstotkov (v primerjavi s 0.3 kW/L in 95 odstotki za običajne tehnologije, ki uporabljajo silicijeve komponente).
Fotovoltaični paneli ustvarjajo enosmerni električni tok. Za njihovo priključitev na električno omrežje je potreben inverter, ki porabnikom zagotavlja izmenični tok. Ta korak pretvorbe povzroči izgube energije, ki jih je mogoče zmanjšati z novimi komponentami.
Velike talne fotonapetostne elektrarne ter naprave, nameščene na terciarnih ali industrijskih objektih, so opremljene s »centraliziranimi« ali »string« pretvorniki in priključene na trifazno električno omrežje.
Za domače inštalacije je na voljo enofazno in nizkonapetostno električno omrežje. Fotovoltaični paneli, nameščeni na strehah, so potencialno izpostavljeni večjemu senčenju, kar vodi do izgub. Zato je zanimivo, da se vsakemu fotovoltaičnemu panelu pridruži pretvornik, ki omogoča neodvisno delovanje med moduli, optimalen izkoristek enote in zelo modularno delovanje (enostavna zamenjava). To vrsto razsmernika z močjo od 200 do 500 W imenujemo mikro razsmernik. Nameščen je na zadnji strani vsake plošče.
Ta oprema uporablja ključne komponente: močnostne polprevodnike.
CEA pri INES razvija pretvornike nove generacije za zmanjšanje stroškov, izboljšanje energetske učinkovitosti in podporo električnemu omrežju. Kompaktnost teh objektov je problem tudi zaradi nadzora vpliva na stroške namestitve in vzdrževanja elektrarn ter zmanjšanja porabe materialov.
Naše raziskave se osredotočajo na elektronsko arhitekturo in uporabljajo polprevodnike z "veliko vrzeljo", kot sta silicijev karbid (SiC) in galijev nitrid (GaN), zlasti tiste, ki so jih razvili v laboratorijih CEA-LETI v Grenoblu.
GaN tehnologija je ena od tako imenovanih "wide-gap" tehnologij (širokopasovnih polprevodnikov), ki premikajo meje močnostnih polprevodnikov z uporabo silicija.
Omogoča miniaturizacijo in večjo energijsko učinkovitost ob zniževanju stroškov.
Fotovoltaična in avtomobilska industrija (z električnimi vozili) sta glavna gonila rasti teh novih pretvornikov, ki temeljijo na polprevodnikih GaN ali SiC.
CEA-Leti ima najsodobnejšo epitaksijo (600 V in 1200 V) in tehnologijo za proizvodnjo GaN 600 V diod in močnostnih tranzistorjev, ki prekašajo silicijeve ekvivalente. S to koplanarno tehnologijo bi bilo mogoče močnostno komponento narediti "pametnejšo" z zaščitnimi (temperatura, napetost, tok itd.) in krmilnimi (gonilnik) funkcijami. Možna je tudi izvedba dvosmernih napetostnih odklopnikov, ki trenutno ne obstajajo.
CEA pri INES je izdelal visokotemperaturno dinamično karakteristično napravo za te nove tranzistorje GaN, kot tudi prvi prototip 400 W fotovoltaičnega mikropretvornika, ki uporablja tranzistorje, ki jih je izdelal oddelek za komponente CEA Leti. Ta mikroinverter je sestavljen iz dveh stopenj pretvorbe:
- DC/DC stopnja, ki vsebuje 5 GaN 100V tranzistorjev
- DC/AC stopnja, ki vsebuje 4 GaN 650V tranzistorje
Druga generacija mikroinverterjev je načrtovana za konec leta 2022 z uporabo optimiziranih GaN tranzistorjev. Ciljane bodo tudi druge velikosti razsmernikov, da bi dokazali koncept na višjih močeh.
Ta tehnologija naj bi prišla na trg do 2025-2027. Medtem bodo raziskovalci pri CEA-Leti in CEA-Liten pri INES izboljšali tehnologijo in razvili integriran digitalni nadzorni sistem. Ekipa bo v prihodnjih letih razkrila nove prototipe.
To delo je predmet patentov in več člankov ter predstavitev na mednarodnih konferencah (PCIM, EPE).
