С ростом значения солнечные электростанции должны отвечать все новым требованиям. Таким, как, например, активная стабилизация электросети. Для оптимального выполнения этой задачи инверторам необходимы быстродействующие переключающие элементы. С другой стороны, инверторы становятся все легче, что особенно важно для практического применения.
Эти новые задачи становятся выполнимыми с помощью нового аппаратного и программного обеспечения для инверторов. Консорциум из трех технологических компаний, двух университетов и одного научно-исследовательского института работает над соответствующим технологическим демонстратором в рамках проекта GaN-HighPower с мая 2021 по апрель 2024 года. Федеральное министерство экономики и защиты климата финансирует проект в размере около 3,8 млн евро.
«Основное внимание уделяется мощным стринговым инверторам», — говорит Клаус Ригберс. Он отвечает за силовую электронику в Инновационном центре SMA. Ведущий мировой производитель инверторов для солнечных электростанций надеется, что проект приведет, в частности, к снижению стоимости и повышению эффективности использования ресурсов для его устройств.
В рамках проекта партнеры консорциума впервые исследуют полупроводники на основе нитрида галлия (GaN) для высокомощных применений. Эта ключевая технология поставляется компанией Infineon Technologies AG. «До сих пор применение технологии GaN было ограничено гораздо меньшими диапазонами мощности», — говорит д-р Питер Фридрихс, вице-президент подразделения промышленного контроля мощности компании Infineon. Однако, уже там было показано, что GaN-полупроводники позволяют ускорить процессы переключения по сравнению с технологией карбида кремния (SiC) и тем более по сравнению с классическими кремниевыми компонентами.
Вклад Vacuumschmelze GmbH & Co. KG (VAC) в проект — это оптимизированные магнитные компоненты и датчики тока. Они должны составить значительную часть запланированного снижения веса. Для достижения этой цели партнеры проекта используют связанные индукторы, изготовленные из низкопроницаемых нанокристаллических тороидальных сердечников. Они значительно компактнее и имеют меньшие потери, чем традиционные решения. Другим аспектом является разработка широкополосных датчиков тока с замкнутым контуром. Они также надежно измеряют ток в высокочастотном диапазоне полупроводников GaN, объясняет Саймон Савацки, который занимается разработкой индуктивных компонентов в компании VAC.
Технический университет Кёльна обеспечивает теоретическую основу для новых магнитных компонентов. Сравнение с существующими технологиями должно подтвердить ожидаемые преимущества. «Дальнейшее развитие материалов мягкой магнитной ленты в новых индуктивно-связанных схемах является ключом к снижению веса в целевом диапазоне частот и мощности», — говорит профессор Кристиан Дик, руководитель лаборатории силовой электроники и электроприводов.
Разработка функциональной управляющей электроники для быстро переключающихся полупроводников GaN является ключевой задачей проекта, объясняет профессор Марко Юнг. Он занимает должность профессора по электромобильности и электрической инфраструктуре с акцентом на силовую электронику в Университете прикладных наук Бонн-Райн-Зиг и возглавляет отдел силовых преобразователей и систем электропривода в IEE Фраунгофера.
В рамках проекта Университет прикладных наук Бонн-Рейн-Зиг оценивает возможности разработки аппаратного обеспечения и готовит интеграцию новых компонентов в демонстратор технологии.
Этот демонстратор будет создан в лабораториях Института Фраунгофера по энергетической экономике и технологии энергетических систем IEE. Институт также отвечает за координацию всего проекта.
Требования к инверторам постоянно растут. Речь идет не только об их участии в стабилизации электросетей, но и о все новых областях применения — например, в сочетании с тепловыми насосами, зарядными станциями для электромобилей или аккумуляторными батареями.
Источник: https://www.solarserver.de/2022/02/02/galliumnitrid-soll-wechselrichter-leichter-und-schneller-machen/