Izvor: ines-solaire.org
HUP u INES-u proizveo je prvi prototip fotonaponskog mikroinvertera snage 400 W izrađenog od GaN tranzistora koji su razvili CEA laboratoriji u Letiju.
Nudi veliku gustoću snage od 1,1 kW / L i učinkovitost od 97% (u usporedbi s 0,3 kW / L i 95% za konvencionalne tehnologije koje koriste silikonske komponente).
Fotonaponske ploče stvaraju istosmjernu električnu struju. Za njihovo spajanje na električnu mrežu potreban je pretvarač koji potrošačima osigurava izmjenčnu struju. Ovaj korak pretvorbe dovodi do gubitaka energije koji se mogu svesti na minimum s novim komponentama.
Velike zemaljske fotonaponske elektrane, kao i postrojenja instalirana na tercijarnim ili industrijskim zgradama opremljena su "centraliziranim" ili "žičanim" pretvaračima i spojena na trofaznu električnu mrežu.
Za kućne instalacije dostupna električna mreža je jednofazna i niskonaponska. Fotonaponske ploče instalirane na krovovima potencijalno su podložne većem zasjenjenju, što dovodi do gubitaka. Stoga je zanimljivo povezati pretvarač sa svakom fotonaponskom pločom koja omogućuje neovisan rad između modula, optimalan jedinični prinos i vrlo modularne operacije (jednostavna zamjena). Ova vrsta pretvarača, snage od 200 do 500 W, naziva se mikro-pretvarač. Instalira se na stražnju stranu svake ploče.
Ova oprema koristi ključne komponente: poluvodiče snage.
HUP u INES-u razvija pretvarače nove generacije kako bi smanjio troškove, poboljšao energetske performanse i podržao elektroenergetsku mrežu. Kompaktnost ovih objekata također je problem kako bi se kontrolirao utjecaj na troškove ugradnje i održavanja elektrana i smanjila uporaba materijala.
Naše istraživanje usmjereno je na elektroničku arhitekturu i koristi poluvodiče "velikog jaza" kao što su silicijev karbid (SiC) i galij nitrid (GaN), posebno one razvijene u laboratorijima CEA-LETI u Grenobleu.
GaN tehnologija jedna je od takozvanih tehnologija "širokog jaza" (širokopojasni poluvodiči), koje pomiču granice poluvodiča snage pomoću silicija.
Omogućuje minijaturizaciju i povećanu energetsku učinkovitost uz smanjenje troškova.
Fotonaponska i automobilska industrija (s električnim vozilima) glavni su pokretači rasta ovih novih pretvarača temeljenih na GaN ili SiC poluvodičima.
CEA-Leti ima najsuvremeniju epitaksiju (600V i 1200V) i tehnologiju za proizvodnju GaN 600V dioda i tranzistora snage koji nadmašuju ekvivalente silicija. S ovom koplanarnom tehnologijom bilo bi moguće energetsku komponentu učiniti "pametnijom" sa zaštitnim (temperatura, napon, struja itd.) i upravljačkim (upravljačkim) funkcijama. Također je moguće dizajnirati dvosmjerne prekidače napona koji trenutno ne postoje.
HUP u INES-u izgradio je visokotemperaturnu dinamičnu karakterizacijsku klupu za ove nove GaN tranzistore, kao i prvi prototip fotonaponskog mikroinvertera snage 400 W pomoću tranzistora koje je izradio HUP Letijev odjel komponenti. Ovaj mikroinverter sastoji se od dvije faze pretvorbe:
- DC/DC faza koja se sastoji od tranzistora od 5 GaN 100V
- DC/AC faza koja se sastoji od 4 Tranzistora GaN 650V
Druga generacija mikroinvertera planirana je za kraj 2022. godine, koristeći optimizirane GaN tranzistore. Ostale veličine pretvarača također će biti ciljane kako bi se dokazao koncept o višim silama.
Očekuje se da će ta tehnologija stići na tržište do 2025. – 2027. U međuvremenu, istraživači s CEA-Leti i CEA-Liten u INES-u poboljšat će tehnologiju i razviti integrirani sustav digitalne kontrole. Tim će predstaviti nove prototipove u narednim godinama.
Ovaj rad je predmet patenata i nekoliko članaka i prezentacija na međunarodnim konferencijama (PCIM, EPE).
