Forrás: ines-solaire.org
Az INES CEA-ja elkészítette a 400 W-os fotovoltaikus mikroinverter első prototípusát, amely GaN tranzisztorokkal készült, amelyeket a leti CEA laboratóriumok fejlesztettek ki.
Nagy, 1,1 kW/l teljesítménysűrűséget és 97 százalékos hatásfokot kínál (szemben a szilícium alkatrészeket használó hagyományos technológiák 0,3 kW/L-rel és 95 százalékkal).
A fotovoltaikus panelek egyenáramot generálnak. Az elektromos hálózathoz való csatlakoztatásukhoz inverterre van szükség, amely váltakozó áramot biztosít a fogyasztóknak. Ez az átalakítási lépés energiaveszteséghez vezet, amely új alkatrészekkel minimalizálható.
A nagyméretű, földre szerelt fotovoltaikus erőműveket, valamint a tercier vagy ipari épületekre telepített berendezéseket „centralizált” vagy „füzéres” inverterekkel látják el, és a háromfázisú elektromos hálózatra csatlakoztatják.
A háztartási berendezéseknél a rendelkezésre álló elektromos hálózat egyfázisú és kisfeszültségű. A tetőkre szerelt fotovoltaikus panelek potenciálisan nagyobb árnyékolásnak vannak kitéve, ami veszteségekhez vezet. Ezért érdekes minden fotovoltaikus panelhez invertert rendelni, amely lehetővé teszi a modulok közötti független működést, az optimális egységhozamot és a nagyon moduláris működést (könnyű csere). Ezt a 200-500 W teljesítményű invertert mikroinverternek nevezik. Mindegyik panel hátuljára van felszerelve.
Ez a berendezés kulcsfontosságú alkatrészeket használ: teljesítmény-félvezetőket.
Az INES CEA-ja új generációs invertereket fejleszt a költségek csökkentése, az energiateljesítmény javítása és az elektromos hálózat támogatása érdekében. Ezen objektumok tömörsége is kérdés az erőművek telepítési és karbantartási költségeire gyakorolt hatás ellenőrzése, illetve az anyagfelhasználás minimalizálása érdekében.
Kutatásunk az elektronikus architektúrára összpontosít, és „nagy résű” félvezetőket használ, mint például a szilícium-karbidot (SiC) és a gallium-nitridet (GaN), különösen azokat, amelyeket a grenoble-i CEA-LETI laboratóriumokban fejlesztettek ki.
A GaN technológia az úgynevezett "széles rés" technológiák (szélessávú félvezetők) egyike, amely a szilíciumot használó teljesítmény-félvezetők határait feszegeti.
Lehetővé teszi a miniatürizálást és az energiahatékonyság növelését, miközben csökkenti a költségeket.
A fotovoltaikus és az autóipar (elektromos járművekkel) a fő növekedési hajtóereje ezeknek az új, GaN vagy SiC félvezetőkre épülő konvertereknek.
A CEA-Leti a legkorszerűbb epitaxiával (600 V és 1200 V) és technológiával rendelkezik a 600 V-os GaN diódák és teljesítménytranzisztorok előállításához, amelyek felülmúlják a szilícium egyenértékű teljesítményét. Ezzel a koplanáris technológiával lehetőség lenne a teljesítménykomponenst "okosabbá" tenni védelmi (hőmérséklet, feszültség, áram, stb.) és vezérlő (meghajtó) funkciókkal. Lehetőség van kétirányú feszültségmegszakítók tervezésére is, amelyek jelenleg nem léteznek.
Az INES CEA-ja magas hőmérsékletű dinamikus jellemzési padot épített ezekhez az új GaN tranzisztorokhoz, valamint egy 400 W-os fotovoltaikus mikroinverter első prototípusát, amely a CEA Leti komponensosztálya által készített tranzisztorokat használja. Ez a mikroinverter két átalakítási szakaszból áll:
- DC/DC fokozat, amely 5 db 100 V-os GaN tranzisztort tartalmaz
- DC/AC fokozat, amely 4 darab GaN 650 V-os tranzisztort tartalmaz
A mikroinverterek második generációját 2022 végére tervezik optimalizált GaN tranzisztorok felhasználásával. Más méretű invertereket is megcéloznak, hogy bizonyítsák a koncepciót a nagyobb teljesítményeken.
Ez a technológia várhatóan 2025-2027-ig jelenik meg a piacon. Eközben az INES CEA-Leti és CEA-Liten kutatói fejlesztik a technológiát, és integrált digitális vezérlőrendszert fejlesztenek ki. A csapat az elkövetkező években új prototípusokat mutat be.
Ez a munka szabadalmak tárgya, valamint számos cikk és nemzetközi konferenciákon (PCIM, EPE) tartott előadás.
