Izvor: ise.fraunhofer.de
Kako energetska tranzicija napreduje, širenje elektroenergetskih mreža postaje sve važnije. Sve više postrojenja za proizvodnju obnovljivih izvora energije, kao i električni sustavi za skladištenje, spojeni su na mrežu. To energetskoj elektronici daje odlučujuću ulogu jer je ključno spojiti te sustave na mrežu. Međutim, osim pukog napajanja električne energije ili povratne energije, elektronika mora obavljati i druge zadatke koji podržavaju mrežu. U projektu "SiC-MSBat" istraživači Instituta Fraunhofer za solarne energetske sustave ISE, zajedno s partnerima, sada su razvili i uspješno naručili vrlo kompaktan inverter za izravno unošenje u mrežu srednjeg napona.
Trenutno se pretvarači uglavnom hrane niskonaponskom mrežom. Zatim se spoje na mrežu srednjeg napona putem velikih transformatora od 50 Hz. Korištenje novih vrsta tranzistora silicij karbida (SiC) s vrlo visokim naponima za blokiranje sada također omogućuje spajanje pretvarača izravno na mrežu srednjeg napona. Zahvaljujući visokoj upravljačkoj dinamici SiC invertera, oni mogu preuzeti zadatke stabilizacije mreže i, na primjer, djelovati kao aktivni filtri snage kako bi kompenzirali harmonike u srednjonaponskoj mreži. Nadalje, SiC inverteri mogu postići mnogo veće gustoće snage od konvencionalnih pretvarača. To rezultira kompaktnim dizajnom, što je posebna prednost kada se biljke grade u gradskim područjima ili se postojeće stare biljke moraju naknadno opremiti. Osim samih troškova sustava, vrlo važnu ulogu imaju i troškovi izgradnje i infrastrukture, posebno u urbanim područjima. U sklopu projekta "SiC-MSBat - srednjonaponski inverteri s visokonaponskim SiC energetskim modulima za velike distribucijske mreže za pohranu i posluživanje sustava", razvijen je inverterov stog od 250 kW za unošenje u 3-kV AC rešetke. Ovdje se koriste novi 3,3-kV SiC tranzistori. Oni imaju znatno manje gubitke snage od usporedivih silikonskih tranzistora. To omogućuje rukovanje inverterskim snopom s frekvencijom prebacivanja od 16 kHz. S najsuvremenijim silikonskim tranzistorima moguće je samo oko 10 puta niže frekvencije prebacivanja u ovoj klasi napona. Visoka frekvencija prebacivanja osigurava uštede na pasivnim komponentama, jer se one mogu dimenzionirati u manjem formatu. Još jedna posebnost pretvarača je njegovo aktivno tekuće hlađenje sintetičkim esterom kao rashladnim medijem. Ovaj medij se pumpa kroz pretvarač i hladi i tranzistore putem tekućeg hladnjaka i gušenja filtra, koji su smješteni u zatvorenom spremniku. U isto vrijeme, medij za hlađenje za gušenje filtra služi kao električni izolacijski medij, omogućujući da se gušenja filtra čine još kompaktnijima. Pretvarač je izgrađen i testiran u laboratorijima Fraunhofer ISE-a, postižući vrlo visoku stopu učinkovitosti od 98,4 posto pri nazivnoj snazi. Dizajn uređaja omogućuje modularnu interkonekciju više inverterskih hrpa kako bi se postigli izlazi sustava od nekoliko megavata. Uzimajući u obzir dodatni instalacijski prostor za postrojenja i rashladnu jedinicu, može se postići ušteda volumena inverterskog sustava do 40 posto u usporedbi s komercijalnim inverterskim sustavima ove klase napona. Projekt je financiralo njemačko Savezno ministarstvo gospodarstva i energetike (BMWi) u sklopu 6. programa istraživanja energije u podsljepu "Integracija obnovljivih izvora energije i regenerativnih sustava opskrbe energijom". Projektni partneri bili su Semikron Elektronik GmbH & Co. KG i STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH. Semikron je bio odgovoran za razvoj 3,3 kV SiC modula u projektu, STS je uglavnom bio odgovoran za induktivne komponente. Fraunhofer ISE vidi mnoge potencijalne primjene za korištenje SiC uređaja s visokim blokiranjem u rasponu srednjeg napona. "Posebice za velike fotonaponske elektrane, trend je prema višim i višim naponima", kaže Andreas Hensel, voditelj tima za elektronuponsku elektroniku srednjeg napona u Fraunhofer ISE. "S 1500 V fotonaponskom tehnologijom koja je dostupna već nekoliko godina, direktiva o niskom naponu već se u potpunosti iskorištava. Sljedeći korak ovdje bit će prijelaz na dovod na srednjonaponskoj razini, što će donijeti dodatni potencijal za uštede i poboljšanja koncepta sustava fotonaponskih elektrana." Osim regenerativnih elektrana i velikih sustava za pohranu baterija, ostala područja primjene za srednjenaponsku elektroniku uključuju pogonske sustave i željezničku tehnologiju. Za testiranje takvih sustava Fraunhofer ISE ima laboratorij s više megavata, koji je otvoren sredinom 2019. godine. To omogućuje rad srednjenaponskih sustava snage do 20 MVA.Kompaktan dizajn zbog visoke frekvencije prebacivanja
Buduća elektronika na srednjoj naponskoj razini
