מקור: ines-solaire.org
ה-CEA ב-INES ייצר את אב הטיפוס הראשון של מיקרו-מהפך פוטו-וולטאי בעוצמה של 400W המיוצר עם טרנזיסטורי GaN שפותחו על ידי מעבדות CEA בלטי.
הוא מציע צפיפות הספק גבוהה של 1.1 קילוואט/ליטר ויעילות של 97 אחוז (לעומת 0.3 קילוואט/ליטר ו-95 אחוז עבור טכנולוגיות קונבנציונליות המשתמשות ברכיבי סיליקון).
הלוחות הפוטו-וולטאיים מייצרים זרם חשמלי ישר. יש צורך במהפך כדי לחבר אותם לרשת החשמל, המספק זרם חילופין לצרכנים. שלב ההמרה הזה מוביל לאובדי אנרגיה שניתן למזער עם רכיבים חדשים.
מפעלים פוטו-וולטאיים גדולים צמודי קרקע וכן מפעלים המותקנים על מבנים שלישוניים או תעשייתיים מצוידים בממירים "מרכזיים" או "מחרוזים" ומחוברים לרשת החשמל התלת פאזית.
עבור התקנות ביתיות, רשת החשמל הזמינה היא חד פאזי ומתח נמוך. פאנלים פוטו-וולטאיים המותקנים על גגות עשויים להיות נתונים להצללה רבה יותר, מה שמוביל להפסדים. לכן, מעניין לשייך מהפך לכל פאנל פוטו-וולטאי המאפשר פעולה עצמאית בין מודולים, תפוקת יחידה אופטימלית ופעולות מאוד מודולריות (החלפה קלה). סוג זה של אינוורטר, עם הספק של 200 עד 500 W, נקרא מיקרו-מהפך. הוא מותקן בחלק האחורי של כל פאנל.
ציוד זה משתמש ברכיבים מרכזיים: מוליכים למחצה כוח.
ה-CEA ב-INES מפתחת מהפכים מהדור החדש כדי להפחית עלויות, לשפר את ביצועי האנרגיה ולתמוך ברשת החשמל. הקומפקטיות של חפצים אלה היא גם בעיה על מנת לשלוט בהשפעה על עלויות ההתקנה והתחזוקה של תחנות כוח, ולמזער את השימוש בחומרים.
המחקר שלנו מתמקד בארכיטקטורה אלקטרונית ומשתמש במוליכים למחצה "פער גדול" כגון סיליקון קרביד (SiC) וגליום ניטריד (GaN), במיוחד אלה שפותחו במעבדות CEA-LETI בגרנובל.
טכנולוגיית GaN היא אחת מהטכנולוגיות המכונה "פער רחב" (מוליכים למחצה בפס רחב), הדוחפות את הגבולות של מוליכים למחצה כוח המשתמשים בסיליקון.
הוא מאפשר מזעור ויעילות אנרגטית מוגברת תוך הפחתת עלויות.
תעשיות הפוטו-וולטאיות ותעשיית הרכב (עם כלי רכב חשמליים) הן מניעי הצמיחה העיקריים של ממירים חדשים אלה המבוססים על מוליכים למחצה GaN או SiC.
ל-CEA-Leti יש אפיטקסיה מתקדמת (600V ו-1200V) וטכנולוגיה לייצור דיודות GaN 600V וטרנזיסטורי כוח שעולים על מקבילות סיליקון. בעזרת טכנולוגיה קו-מפלרית זו, ניתן יהיה להפוך את רכיב הכוח ל"חכם" יותר עם פונקציות הגנה (טמפרטורה, מתח, זרם וכו') ובקרה (דרייבר). כמו כן, ניתן לתכנן מפסקי מתח דו-כיווניים שאינם קיימים כיום.
ה-CEA ב-INES בנה ספסל אפיון דינמי בטמפרטורה גבוהה עבור טרנזיסטורי GaN חדשים אלה, כמו גם אב-טיפוס ראשון של מיקרו-אינברטר פוטו-וולטאי 400W באמצעות הטרנזיסטורים מתוצרת מחלקת הרכיבים של CEA Leti. מיקרו-מהפך זה מורכב משני שלבי המרה:
- שלב DC/DC הכולל 5 טרנזיסטורים GaN 100V
- שלב DC/AC הכולל 4 טרנזיסטורים GaN 650V
דור שני של מיקרו-אינוורטרים מתוכנן לסוף 2022, תוך שימוש בטרנזיסטורי GaN אופטימליים. גם גדלים אחרים של ממירים יהיו ממוקדים על מנת להוכיח את הרעיון על כוחות גבוהים יותר.
טכנולוגיה זו צפויה להגיע לשוק עד 2025-2027. בינתיים, חוקרים ב-CEA-Leti ו-CEA-Liten ב-INES ישפרו את הטכנולוגיה ויפתחו מערכת בקרה דיגיטלית משולבת. הצוות יחשוף אבות טיפוס חדשים בשנים הקרובות.
עבודה זו נושאת פטנטים ומספר מאמרים ומצגות בכנסים בינלאומיים (PCIM, EPE).
