Instituciones de investigación y empresas alemanas desarrollan y prueban nuevo hardware y software para inversores de alto rendimiento.
El objetivo es desarrollar soluciones técnicas que, además de inyectar a la red la electricidad generada, también permitan que los sistemas fotovoltaicos contribuyan activamente a la estabilización de la red.
El proyecto GaN-HighPower, coordinado por el Instituto Fraunhofer, recibió una financiación de unos 3,8 millones de euros (unos 22 millones de reales) del Ministerio Federal de Economía y Protección del Clima de Alemania.
Sebastian Sprunck, director del grupo de componentes y sistemas de medición del Instituto Fraunhofer y coordinador del proyecto, destaca que la tarea consiste en examinar los nuevos componentes desarrollados y hacer que su funcionamiento sea lo más eficiente posible.
“Con estos nuevos componentes se ensamblaron prototipos en nuestros laboratorios, con los que se validan en la práctica las nuevas tecnologías y la reducción de peso deseada”.
Entre las empresas participantes se encuentra SMA, especialista en soluciones de sistemas fotovoltaicos. El objetivo del proyecto de investigación GaN-HighPower es desarrollar inversores fotovoltaicos de altas prestaciones con interruptores (transistores) basados en nuevos materiales como el GaN (nitruro de galio).
GaN (nitruro de galio) es un semiconductor de banda prohibida ancha que sustituye al silicio en la fabricación de transistores electrónicos, permitiendo la producción de componentes más robustos con características operativas mejoradas. Se considera un semiconductor emergente en el mercado.
El creciente interés por nuevos dispositivos semiconductores ha llevado a la búsqueda de nuevos materiales como GaN y también Sic (carburo de silicio) como candidatos para la construcción de transistores para aplicaciones en convertidores de energías renovables, que permitan una alta eficiencia eléctrica y una alta densidad de potencia debido a a las propiedades del material, como alta velocidad, mayor banda prohibida y buena respuesta dinámica.
La mayor movilidad y la alta velocidad de saturación de electrones permiten el funcionamiento a una frecuencia de conmutación más alta. Además, los dispositivos basados en GaN y SiC (en detrimento del silicio tradicional) soportan tensiones de ruptura más altas y temperaturas de unión de aproximadamente el doble que las del silicio, lo que permite reducir las dimensiones de los componentes y aumentar la densidad de potencia del inversor. En definitiva, GaN y SiC permiten construir inversores más pequeños, más potentes, más rápidos y más eficientes.
“En este proyecto, se investigará y probará el uso de las últimas tecnologías para inversores fotovoltaicos para permitir la reducción de costes y peso manteniendo al mismo tiempo una eficiencia muy alta. Logramos un buen resultado en potencias intermedias y ahora, con el nuevo proyecto de investigación conjunto financiado por el Ministerio alemán, queremos explorar el potencial de equipos que superan los 100 kW, que es significativamente mayor que la gama actual de aplicaciones de los transistores”, afirmó. agregado.
“El objetivo es lograr una densidad de potencia significativamente mayor y una relación potencia-peso significativamente mayor en comparación con los inversores anteriores, lo que dará como resultado inversores con menor consumo de material, más eficientes en el uso de recursos y también más baratos y más eficientes”, concluyó.
Infineon Technologies AG, uno de los mayores fabricantes de semiconductores del mundo, es otra empresa que forma parte del proyecto. Peter Friedrichs, vicepresidente de la división de control de potencia industrial de Infineon, explica que para el desarrollo del proyecto se están investigando por primera vez semiconductores basados en nitruro de galio (GaN) para aplicaciones de alta potencia, como se requiere en los inversores fotovoltaicos.
“Hasta ahora, la aplicación de la tecnología GaN se ha limitado a rangos de potencia significativamente más bajos. Ya se ha demostrado que los semiconductores de GaN permiten procesos de conmutación aún más rápidos en comparación con la tecnología de carburo de silicio (SiC) y aún más en comparación con los componentes clásicos de silicio (Si). El proyecto tiene como objetivo investigar hasta qué punto se pueden ampliar los límites anteriores de la tecnología GaN”, explica.
En el proyecto también participa Vacuum Schmelze, un fabricante líder de aleaciones magnéticas, que complementa las ventajas de los semiconductores rápidos con componentes magnéticos optimizados y sensores de corriente, lo que contribuirá significativamente a reducir el peso y el volumen de los inversores.
“La reducción exitosa de peso y volumen se logra mediante dispositivos magnéticos (inductores) optimizados, con núcleos toroidales nanocristalinos de baja permeabilidad, que son significativamente más compactos y tienen menores pérdidas que las soluciones convencionales. Otro aspecto es el desarrollo de sensores de circuito cerrado con un gran ancho de banda, que también miden de forma fiable la corriente en el rango de alta frecuencia de los semiconductores GaN”, explica Simon Sawatzki, responsable del desarrollo de componentes inductivos en Vacuum Schmelze.
La empresa TH Köln también integra la investigación y proporciona al proyecto los fundamentos teóricos para los nuevos componentes magnéticos. La Universidad Hochschule Bonn-Rhein-Sieg también participa en el proyecto y evalúa las opciones disponibles para desarrollar el hardware, además de preparar la integración de nuevos componentes en un prototipo construido en laboratorio.
Referencias
- Avances recientes y avances futuros de los dispositivos semiconductores de potencia GaN utilizados en convertidores integrados de módulos fotovoltaicos, Óscar M. Rodríguez-Benítez, Mario Ponce-Silva, Leobardo Hernández González, Juan A. Aquí-Tapia, Abraham Claudio Sánchez, Gabriel Calzada Lara, Claudia Cortés -García, 2018
- Neue Leistungselektronik für eine sonnige Zukunft
Comentários (1)
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Gracias por la exposición y tratamiento de todo este tema, que nos lleva a otro nivel de conocimiento y aprendizaje sobre el desarrollo de nuevas tecnologías, que nos ayudaron a hacer nuestros circuitos electrónicos y de comando más robustos y pequeños, además hay un ahorro. no sólo materiales y componentes, sino también una mayor optimización del uso de las máquinas y equipos, y su vida útil, gracias por compartir.