Fraunhofer ISE töötab välja väga kompaktse muunduri otseühenduseks keskpinge võrguga

Praegu toituvad muundurid enamasti madalpingevõrku. Seejärel ühendatakse need suurte 50 Hz trafode kaudu keskmise pingega võrguga. Uut tüüpi väga kõrge blokeerimispingega ränikarbiidist (SiC) transistoride kasutamine võimaldab nüüd ka invertereid otse keskpinge võrku ühendada.

Tänu SiC inverterite kõrgele juhtimisdünaamikale saavad nad võtta võrku stabiliseerivaid ülesandeid ja näiteks toimida aktiivvõimsuse filtritena, et kompenseerida harmoonilisi keskpinge võrgus.

Lisaks võivad SiC inverterid saavutada palju suurema võimsustiheduse kui tavalised inverterid. Selle tulemuseks on kompaktne disain, mis on eriti eeliseks siis, kui taimi kavatsetakse ehitada linnalähedastesse piirkondadesse või olemasolevaid vanu tehaseid paigaldada. Lisaks pelgalt süsteemikuludele on ehitus- ja infrastruktuurikuludel ka linnades eriti oluline roll.

Kompaktne disain kõrge lülitussageduse tõttu

Projekti&osana SiC-MSBat - kõrgepinge SiC toitemoodulitega keskpinge muundurid suuremahuliste ladustamiseks ja süsteemi teenindavate jaotusvõrkude jaoks &; töötati välja 250 kW inverteripakk toitmiseks 3 kV vahelduvvõrkudesse.

Siin kasutatakse uudseid 3,3 kV SiC-transistore. Nende võimsuskadu on oluliselt väiksem kui võrreldavatel ränitransistoridel. See võimaldab muunduri korstna kasutamist lülitussagedusega 16 kHz. Tipptasemel ränitransistoride korral on selles pingeklassis võimalik ainult umbes 10 korda madalamad lülitussagedused. Kõrge lülitussagedus säästab passiivseid komponente, kuna neid saab mõõta väiksemas formaadis.

Veel üks inverteri eripära on selle aktiivne vedeliku jahutamine sünteetilise estri jahutuskeskkonnana. See keskkond pumbatakse läbi inverteri ja jahutab nii transistore vedeliku jahutusradiaatori kui ka filtri drosselite kaudu, mis asuvad suletud paagis. Samal ajal toimib filtri drosselite jahutuskeskkond elektrilise isolatsioonikeskkonnana, võimaldades filtri drosselid veelgi kompaktsemaks muuta.

Inverter ehitati ja katsetati Fraunhofer ISE' laborites, saavutades nimivõimsusel väga kõrge kasuteguri - 98,4 protsenti. Seadme disain võimaldab mitme muunduri korstna modulaarset ühendamist mitme megavatise süsteemi väljundi saavutamiseks. Võttes arvesse jaotusseadmete ja jahutusseadmete täiendavat paigaldamisruumi, on inverterisüsteemi mahu kokkuhoid kuni 40 protsenti võrreldes selle pingeklassiga kaubanduslike inverteritega.

Projekti rahastas Saksamaa föderaalne majandus- ja energeetikaministeerium (BMWi) kuuenda energiauuringute programmi raames alapiirkonna&all: Taastuvenergia ja taastuvenergia varustussüsteemide integreerimine &. Projekti partneriteks olid Semikron Elektronik GmbH& Co. KG ja STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH. Semikron vastutas projektis 3,3 kV SiC moodulite väljatöötamise eest, STS vastutas peamiselt induktiivkomponentide eest.

Tulevane jõuelektroonika keskmise pinge tasemel

Fraunhofer ISE näeb palju potentsiaalseid rakendusi kõrge blokeerimisega SiC-seadmete kasutamiseks keskpinge vahemikus." Eriti suurte fotogalvaanelektrijaamade puhul on suundumus üha kõrgemale pingele," ütleb Fraunhofer ISE meeskonna keskpingeelektroonika meeskonna juht Andreas Hensel." Mõne aasta jooksul olnud 1500 V PV tehnoloogia abil kasutatakse madalpinge direktiivi juba täielikult ära. Järgmine samm on siin üleminek keskpinge tasemel sisselaskele, mis annab täiendava potentsiaali PV-elektrijaamade süsteemi kontseptsiooni säästmiseks ja täiustamiseks."

Lisaks regenereerivatele elektrijaamadele ja suurtele akude salvestussüsteemidele hõlmavad muud keskpinge jõuelektroonika rakendusalad ka ajamisüsteeme ja rööbastehnoloogiat.

Selliste süsteemide testimiseks on Fraunhofer ISE-l mitme megavati labor, mis avati 2019. aasta keskel. See võimaldab töötada keskpingesüsteeme võimsusega kuni 20 MVA.