Zdroj: ise.fraunhofer.de
Postupom prechodu energie sa rozširovanie elektrických sietí stáva čoraz dôležitejším. K sieti je pripojených čoraz viac zariadení na výrobu obnoviteľnej energie, ako aj elektrických akumulačných systémov. Toto dáva výkonovej elektronike rozhodujúcu úlohu, pretože je nevyhnutné tieto systémy pripojiť k sieti. Výkonová elektronika však musí okrem samotného napájania alebo spätnej väzby elektrickej energie vykonávať aj ďalšie úlohy podporujúce sieť. V&"SiC-MSBat &"; vedci z Fraunhoferovho inštitútu pre solárne energetické systémy ISE spolu s partnermi teraz vyvinuli a úspešne uviedli do prevádzky vysoko kompaktný invertor na priame napájanie do siete vysokého napätia.
V súčasnosti sa invertory napájajú väčšinou do nízkonapäťovej siete. Potom sú pripojené k sieti vysokého napätia pomocou veľkých 50 Hz transformátorov. Použitie nových typov tranzistorov z karbidu kremíka (SiC) s veľmi vysokým blokovacím napätím teraz tiež umožňuje pripojiť invertory priamo k sieti vysokého napätia. Vďaka vysokej dynamike riadenia invertorov SiC môžu prevziať úlohy stabilizácie siete a napríklad pôsobiť ako filtre aktívneho výkonu na kompenzáciu harmonických v sieti vysokého napätia. Ďalej môžu invertory SiC dosahovať oveľa vyššie hustoty výkonu ako bežné invertory. Výsledkom je kompaktný dizajn, čo je osobitná výhoda, keď sa majú rastliny stavať v mestských častiach alebo sa majú dovybaviť existujúce staré závody. Okrem samotných nákladov na systém zohrávajú veľmi dôležitú úlohu aj náklady na výstavbu a infraštruktúru, najmä v mestských oblastiach. V rámci projektu&„; SiC-MSBat - stredonapäťové invertory s vysokonapäťovými výkonovými modulmi SiC pre veľkokapacitné zásobníky a distribučné sústavy slúžiace systému &“ bol vyvinutý invertorový agregát s výkonom 250 kW na napájanie do 3 kV rozvodných sietí. Tu sa používajú nové 3,3 kV SiC tranzistory. Tieto majú výrazne nižšie straty energie ako porovnateľné kremíkové tranzistory. To umožňuje pracovať so striedačom so spínacou frekvenciou 16 kHz. Pri najmodernejších kremíkových tranzistoroch sú v tejto napäťovej triede možné iba asi 10-krát nižšie spínacie frekvencie. Vysoká spínacia frekvencia poskytuje úspory pasívnych komponentov, pretože tieto je možné dimenzovať v menšom formáte. Ďalšou zvláštnosťou invertora je aktívne chladenie kvapalinou so syntetickým esterom ako chladiacim médiom. Toto médium je prečerpávané cez invertor a ochladzuje obidva tranzistory cez chladič kvapaliny a tlmivky filtra, ktoré sú umiestnené v uzavretej nádrži. Chladiace médium pre filtračné tlmivky zároveň slúži ako elektrické izolačné médium, vďaka čomu môžu byť filtračné tlmivky ešte kompaktnejšie. Invertor bol vyrobený a testovaný v laboratóriách spoločnosti Fraunhofer ISE&# 39, pričom dosiahol veľmi vysoký stupeň účinnosti 98,4 percent pri menovitom výkone. Konštrukcia zariadenia umožňuje modulárne prepojenie viacerých invertorových komínov na dosiahnutie systémových výstupov niekoľkých megawattov. Ak vezmeme do úvahy ďalší inštalačný priestor pre rozvádzač a chladiacu jednotku, je možné v porovnaní s komerčnými invertorovými systémami tejto triedy napätia dosiahnuť až 40-percentnú úsporu objemu invertorového systému. Projekt bol financovaný nemeckým spolkovým ministerstvom hospodárstva a energetiky (BMWi) v rámci 6. programu energetického výskumu v podoblasti „GG]„ Integrácia obnoviteľných energií a systémov zásobovania regeneratívnou energiou “. Partnermi projektu boli Semikron Elektronik GmbH& Co. KG a STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH. Semikron bol zodpovedný za vývoj 3,3 kV SiC modulov v projekte, STS bol zodpovedný hlavne za indukčné komponenty. Fraunhofer ISE vidí veľa potenciálnych aplikácií pre použitie vysoko blokujúcich SiC zariadení v rozsahu vysokého napätia.&„; Najmä pre veľké fotovoltaické elektrárne je trend smerujúci k vyššiemu a vyššiemu napätiu, &“; hovorí Andreas Hensel, vedúci tímu vysokonapäťovej výkonovej elektroniky spoločnosti Fraunhofer ISE." Vďaka 1500 V FV technológii, ktorá je k dispozícii už niekoľko rokov, sa smernica o nízkom napätí už naplno využíva. Ďalším krokom bude prechod na napájanie na úrovni stredného napätia, čo prinesie ďalší potenciál pre úspory a vylepšenia koncepcie systému FV elektrární." Okrem regeneratívnych elektrární a veľkých systémov na skladovanie batérií patria medzi ďalšie oblasti použitia vysokonapäťovej výkonovej elektroniky aj pohonné systémy a železničná technika. Na testovanie týchto systémov má Fraunhofer ISE laboratórium s výkonom niekoľko megawattov, ktoré bolo slávnostne otvorené v polovici roku 2019. To umožňuje prevádzku vysokonapäťových systémov s výkonom až 20 MVA.Kompaktná konštrukcia vďaka vysokej spínacej frekvencii
Budúca výkonová elektronika na úrovni vysokého napätia
