Джерело: ines-solaire.org
CEA в INES створила перший прототип фотоелектричного мікроінвертора потужністю 400 Вт, виготовленого з GaN транзисторами, розробленими лабораторіями CEA в Леті.
Він забезпечує високу щільність потужності 1,1 кВт/л і ефективність 97 відсотків (порівняно з 0.3 кВт/л і 95 відсотками для звичайних технологій із використанням кремнієвих компонентів).
Фотоелектричні панелі генерують постійний електричний струм. Для підключення їх до електричної мережі необхідний інвертор, який забезпечує споживачів змінним струмом. Цей етап перетворення призводить до втрат енергії, які можна мінімізувати за допомогою нових компонентів.
Великі наземні фотоелектричні установки, а також установки, встановлені на третинних або промислових будівлях, оснащені «централізованими» або «струнними» інверторами та підключені до трифазної електричної мережі.
Для побутових установок доступна електрична мережа однофазна та низької напруги. Фотоелектричні панелі, встановлені на дахах, потенційно піддаються більшому затіненню, що призводить до втрат. Тому цікаво пов’язати інвертор з кожною фотоелектричною панеллю, що забезпечує незалежну роботу між модулями, оптимальну продуктивність одиниці та дуже модульну роботу (проста заміна). Цей тип інвертора, потужністю від 200 до 500 Вт, називають мікроінвертором. Встановлюється на тильній стороні кожної панелі.
Це обладнання використовує ключові компоненти: силові напівпровідники.
CEA в INES розробляє інвертори нового покоління для зниження вартості, покращення енергоефективності та підтримки електромережі. Компактність цих об’єктів також є проблемою для того, щоб контролювати вплив на витрати на встановлення та обслуговування електростанцій, а також мінімізувати використання матеріалів.
Наші дослідження зосереджені на електронній архітектурі та використовують напівпровідники з великою щілиною, такі як карбід кремнію (SiC) і нітрид галію (GaN), зокрема ті, що розроблені в лабораторіях CEA-LETI у Греноблі.
Технологія GaN є однією з так званих «широкозонних» технологій (широкосмугові напівпровідники), які розширюють межі силових напівпровідників із використанням кремнію.
Це забезпечує мініатюризацію та підвищення енергоефективності при зниженні витрат.
Фотоелектрична та автомобільна промисловість (з електромобілями) є основними рушійними силами розвитку цих нових перетворювачів на основі напівпровідників GaN або SiC.
CEA-Leti має найсучаснішу епітаксію (600 В і 1200 В) і технологію виробництва GaN 600 В діодів і силових транзисторів, які перевершують кремнієві еквіваленти. За допомогою цієї компланарної технології можна було б зробити компонент живлення «розумнішим» із функціями захисту (температура, напруга, струм тощо) і керування (драйвер). Також можна розробити двонаправлені вимикачі напруги, яких зараз не існує.
CEA в INES побудував високотемпературний динамічний стенд для цих нових GaN транзисторів, а також перший прототип фотоелектричного мікроінвертора потужністю 400 Вт з використанням транзисторів, виготовлених відділом компонентів CEA Leti. Цей мікроінвертор складається з двох ступенів перетворення:
- Ступінь постійного/постійного струму, що містить 5 транзисторів GaN 100 В
- Ступінь постійного/змінного струму, що складається з 4 транзисторів GaN 650 В
Друге покоління мікроінверторів заплановано на кінець 2022 року з використанням оптимізованих GaN транзисторів. Інші розміри інверторів також будуть націлені, щоб підтвердити концепцію на вищих потужностях.
Очікується, що ця технологія вийде на ринок 2025-2027. Тим часом дослідники CEA-Leti та CEA-Liten з INES вдосконалять технологію та розроблять інтегровану цифрову систему керування. У найближчі роки команда представить нові прототипи.
Ця робота є предметом патентів і кількох статей і доповідей на міжнародних конференціях (PCIM, EPE).
