يطور Fraunhofer ISE عاكسًا مضغوطًا للغاية للتوصيل المباشر بشبكة الجهد المتوسط

حاليًا ، تتغذى العاكسات في الغالب على شبكة الجهد المنخفض ثم يتم ربطها بشبكة الجهد المتوسط ​​عبر محولات 50 هرتز كبيرة. إن استخدام أنواع جديدة من ترانزستورات كربيد السيليكون (SiC) ذات الفولتية المانعة العالية جدًا يجعل من الممكن الآن توصيل المحولات مباشرة بشبكة الجهد المتوسط.

بفضل ديناميكيات التحكم العالية لمحولات SiC ، يمكنهم القيام بمهام تثبيت الشبكة ، على سبيل المثال ، العمل كمرشحات طاقة نشطة للتعويض عن التوافقيات في شبكة الجهد المتوسط.

علاوة على ذلك ، يمكن أن تحقق محولات SiC كثافة طاقة أعلى بكثير من العواكس التقليدية. ينتج عن هذا تصميم مضغوط ، وهي ميزة خاصة عندما يتم بناء النباتات في مناطق داخل المدينة أو يتم تعديل النباتات القديمة الموجودة. بالإضافة إلى مجرد تكاليف النظام ، تلعب تكاليف البناء والبنية التحتية أيضًا دورًا مهمًا للغاية ، خاصة في المناطق الحضرية.

تصميم مضغوط بسبب تردد التحويل العالي

كجزء من مشروع" ؛ SiC-MSBat - محولات الجهد المتوسط ​​مع وحدات طاقة SiC عالية الجهد للتخزين على نطاق واسع وشبكات التوزيع التي تخدم النظام&مثل ؛ تم تطوير مكدس عاكس بقدرة 250 كيلو وات للتغذية في شبكات التيار المتردد بجهد 3 كيلوفولت.

هنا ، يتم استخدام ترانزستورات SiC الجديدة 3.3 كيلو فولت. هذه لها خسائر طاقة أقل بكثير من الترانزستورات السليكونية المماثلة. هذا يجعل من الممكن تشغيل كومة العاكس بتردد تبديل يبلغ 16 كيلو هرتز. مع أحدث ترانزستورات السيليكون ، لا يمكن الحصول إلا على ترددات تحويل أقل بحوالي 10 مرات في فئة الجهد هذه. يوفر تردد التحويل العالي توفيرًا في المكونات السلبية ، حيث يمكن تحديد أبعادها بتنسيق أصغر.

ميزة خاصة أخرى للعاكس هي التبريد السائل النشط باستخدام استر اصطناعي كوسيط تبريد. يتم ضخ هذه الوسيلة من خلال العاكس وتبريد الترانزستورات عبر المشتت الحراري السائل وخنق المرشح ، والتي توجد في خزان مغلق. في الوقت نفسه ، يعمل وسيط التبريد الخاص بخنق المرشح كوسيط عزل كهربائي ، مما يسمح بجعل اختناقات المرشح أكثر إحكاما.

تم تصنيع العاكس واختباره في مختبرات Fraunhofer ISE&، محققًا معدل كفاءة عالٍ للغاية بنسبة 98.4 بالمائة عند الطاقة المقدرة. يسمح تصميم الجهاز بالتوصيل البيني المعياري لمداخن العاكس المتعددة لتحقيق مخرجات النظام بعدة ميغاوات. مع الأخذ في الاعتبار مساحة التركيب الإضافية للمفاتيح الكهربائية ووحدة التبريد ، يمكن تحقيق توفير في حجم نظام العاكس بنسبة تصل إلى 40 بالمائة مقارنة بأنظمة العاكس التجارية من فئة الجهد هذه.

تم تمويل المشروع من قبل الوزارة الاتحادية الألمانية للشؤون الاقتصادية والطاقة (BMWi) كجزء من برنامج أبحاث الطاقة السادس في إطار المجال الفرعي&"تكامل الطاقات المتجددة وأنظمة إمداد الطاقة المتجددة &". شركاء المشروع هم Semikron Elektronik GmbH&؛ Co. KG و STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH. كانت Semikron مسؤولة عن تطوير وحدات SiC 3.3 كيلو فولت في المشروع ، وكانت STS مسؤولة بشكل أساسي عن المكونات الحثية.

إلكترونيات الطاقة المستقبلية على مستوى الجهد المتوسط

يرى Fraunhofer ISE العديد من التطبيقات المحتملة لاستخدام أجهزة SiC عالية الحجب في نطاق الجهد المتوسط.&مثل ؛ خاصة بالنسبة لمحطات الطاقة الكهروضوئية الكبيرة ، فإن الاتجاه هو نحو الفولتية الأعلى والأعلى ،&مثل ؛ يقول أندرياس هنسل ، رئيس فريق إلكترونيات الجهد المتوسط ​​في فراونهوفر ISE.&مثل ؛ مع تقنية 1500 فولت الكهروضوئية التي كانت متاحة منذ بضع سنوات ، يتم بالفعل استغلال توجيه الجهد المنخفض بشكل كامل. ستكون الخطوة التالية هنا هي الانتقال إلى التغذية على مستوى الجهد المتوسط ​​، مما سيجلب المزيد من الإمكانات لتحقيق وفورات وتحسينات في مفهوم نظام محطات الطاقة الكهروضوئية.&مثل ؛

بالإضافة إلى محطات الطاقة المتجددة وأنظمة تخزين البطاريات الكبيرة ، تشمل مجالات التطبيق الأخرى لإلكترونيات الطاقة ذات الجهد المتوسط ​​أنظمة القيادة وتكنولوجيا السكك الحديدية.

لاختبار مثل هذه الأنظمة ، تمتلك فراونهوفر ISE مختبرًا متعدد الميغاواط ، تم افتتاحه في منتصف عام 2019. يتيح ذلك تشغيل أنظمة الجهد المتوسط ​​بقوة تصل إلى 20 ميجا فولت أمبير.