Източник: ines-solaire.org
CEA в INES произведе първия прототип на 400W фотоволтаичен микроинвертор, направен с GaN транзистори, разработен от лабораториите на CEA в Leti.
Той предлага висока плътност на мощността от 1,1 kW/L и ефективност от 97 процента (в сравнение с 0.3 kW/L и 95 процента за конвенционалните технологии, използващи силициеви компоненти).
Фотоволтаичните панели генерират постоянен електрически ток. За свързването им към електрическата мрежа е необходим инвертор, който осигурява променлив ток на потребителите. Тази стъпка на преобразуване води до загуби на енергия, които могат да бъдат сведени до минимум с нови компоненти.
Големите наземни фотоволтаични централи, както и инсталациите, инсталирани в третични или промишлени сгради, са оборудвани с "централизирани" или "струнови" инвертори и свързани към трифазната електрическа мрежа.
За битови инсталации наличната електрическа мрежа е монофазна и ниско напрежение. Фотоволтаичните панели, инсталирани на покриви, са потенциално обект на повече засенчване, което води до загуби. Поради това е интересно да се свърже инвертор към всеки фотоволтаичен панел, което позволява независима работа между модулите, оптимален добив на единица и много модулни операции (лесна подмяна). Този тип инвертор с мощност от 200 до 500 W се нарича микроинвертор. Монтира се на гърба на всеки панел.
Това оборудване използва ключови компоненти: силови полупроводници.
CEA в INES разработва ново поколение инвертори, за да намали разходите, да подобри енергийната ефективност и да поддържа електрическата мрежа. Компактността на тези обекти също е проблем, за да се контролира въздействието върху разходите за монтаж и поддръжка на електроцентралите и да се минимизира използването на материали.
Нашето изследване се фокусира върху електронната архитектура и използва полупроводници с „голяма празнина“ като силициев карбид (SiC) и галиев нитрид (GaN), по-специално тези, разработени в лабораториите CEA-LETI в Гренобъл.
Технологията GaN е една от така наречените технологии с „широк интервал“ (широколентови полупроводници), които разширяват границите на силовите полупроводници, използващи силиций.
Позволява миниатюризация и повишена енергийна ефективност, като същевременно намалява разходите.
Фотоволтаичната и автомобилната промишленост (с електрически превозни средства) са основните двигатели на растежа на тези нови преобразуватели, базирани на GaN или SiC полупроводници.
CEA-Leti разполага с най-съвременна епитаксия (600V и 1200V) и технология за производство на GaN 600V диоди и мощни транзистори, които превъзхождат силициевите еквиваленти. С тази копланарна технология би било възможно да се направи захранващият компонент "по-умен" със защита (температура, напрежение, ток и т.н.) и контрол (драйвер) функции. Също така е възможно да се проектират двупосочни прекъсвачи на напрежение, които не съществуват в момента.
CEA в INES изгради стенд за високотемпературна динамична характеристика за тези нови GaN транзистори, както и първия прототип на 400W фотоволтаичен микроинвертор, използващ транзистори, произведени от отдела за компоненти на CEA Leti. Този микроинвертор се състои от два етапа на преобразуване:
- DC/DC етап, включващ 5 GaN 100V транзистора
- DC/AC стъпало, състоящо се от 4 GaN 650V транзистора
Второ поколение микроинвертори е планирано за края на 2022 г., използвайки оптимизирани GaN транзистори. Други размери инвертори също ще бъдат насочени, за да се докаже концепцията на по-високи мощности.
Тази технология се очаква да достигне до пазара до 2025-2027. Междувременно изследователи от CEA-Leti и CEA-Liten от INES ще подобрят технологията и ще разработят интегрирана цифрова система за управление. Екипът ще разкрие нови прототипи през следващите години.
Тази работа е обект на патенти и няколко статии и презентации на международни конференции (PCIM, EPE).
