Zdroj: ise.fraunhofer.de
Jak energetický přechod postupuje, rozšiřování elektrických sítí je stále důležitější. K síti je připojeno stále více elektráren na výrobu obnovitelné energie a také systémy elektrického skladování. To dává výkonové elektronice rozhodující roli, protože je nezbytné tyto systémy připojit k síti. Kromě pouhého napájení nebo zpětné vazby elektrické energie však musí výkonová elektronika plnit i další úkoly podporující síť. V&"SiC-MSBat &"; V rámci projektu nyní vědci z Fraunhoferova institutu pro solární energetické systémy ISE společně s partnery vyvinuli a úspěšně uvedli do provozu vysoce kompaktní střídač pro přímé napájení do sítě vysokého napětí.
V současné době se střídače většinou napájejí do nízkonapěťové sítě. Poté jsou připojeny k síti vysokého napětí pomocí velkých 50 Hz transformátorů. Použití nových typů tranzistorů z karbidu křemíku (SiC) s velmi vysokým blokovacím napětím nyní také umožňuje přímé připojení střídačů k síti vysokého napětí. Díky vysoké dynamice řízení střídačů SiC mohou převzít úkoly stabilizace sítě a například fungovat jako filtry aktivního výkonu pro kompenzaci harmonických v síti vysokého napětí. Kromě toho mohou měniče SiC dosáhnout mnohem vyšších hustot výkonu než běžné měniče. To má za následek kompaktní design, což je zvláštní výhoda, pokud mají být elektrárny postaveny v městských oblastech nebo stávající staré závody mají být dovybaveny. Kromě samotných nákladů na systém hrají velmi důležitou roli také náklady na stavbu a infrastrukturu, zejména v městských oblastech. V rámci projektu&„; SiC-MSBat - střídače středního napětí s vysokonapěťovými SiC výkonovými moduly pro velkokapacitní úložiště a distribuční sítě obsluhující systém &“; byl vyvinut střídač 250 kW pro napájení do 3 kV střídavých sítí. Zde se používají nové 3,3 kV SiC tranzistory. Ty mají výrazně nižší ztráty energie než srovnatelné křemíkové tranzistory. To umožňuje provozovat střídač se spínací frekvencí 16 kHz. U nejmodernějších křemíkových tranzistorů jsou v této napěťové třídě možné jen asi 10krát nižší spínací frekvence. Vysoká spínací frekvence poskytuje úspory pasivních komponent, protože je lze dimenzovat v menším formátu. Další zvláštností měniče je jeho aktivní kapalinové chlazení se syntetickým esterem jako chladícím médiem. Toto médium je čerpáno střídačem a chladí jak tranzistory kapalinovým chladičem, tak i tlumivky filtru, které jsou umístěny v uzavřené nádrži. Chladicí médium pro filtrační tlumivky zároveň slouží jako elektrické izolační médium, což umožňuje, aby byly filtrační tlumivky ještě kompaktnější. Střídač byl vyroben a testován v laboratořích společnosti Fraunhofer ISE&# 39, přičemž bylo dosaženo velmi vysoké míry účinnosti 98,4 procent při jmenovitém výkonu. Konstrukce zařízení umožňuje modulární propojení více invertorových komínů pro dosažení systémových výstupů několika megawattů. S přihlédnutím k dodatečnému instalačnímu prostoru pro rozváděč a chladicí jednotku lze dosáhnout úspory objemu invertorového systému až 40 procent ve srovnání s komerčními invertorovými systémy této třídy napětí. Projekt byl financován německým spolkovým ministerstvem hospodářství a energetiky (BMWi) v rámci 6. programu energetického výzkumu v podoblasti&„Integrace obnovitelných energií a systémů zásobování regenerativní energií“&“. Partnery projektu byli Semikron Elektronik GmbH& Co. KG a STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH. Semikron zodpovídal za vývoj 3,3 kV SiC modulů v projektu, STS byl zodpovědný hlavně za indukční komponenty. Fraunhofer ISE vidí mnoho potenciálních aplikací pro použití vysoce blokujících SiC zařízení v rozsahu vysokého napětí.&„; Zejména u velkých fotovoltaických elektráren je trend směrem k vyššímu a vyššímu napětí, &“; říká Andreas Hensel, vedoucí týmu středonapěťové výkonové elektroniky ve společnosti Fraunhofer ISE.&„Díky 1500 V FV technologii, která je k dispozici již několik let, se směrnice o nízkém napětí již plně využívá. Dalším krokem zde bude přechod na napájení na úrovni vysokého napětí, což přinese další potenciál pro úspory a zlepšení koncepce systému FVE." Kromě regenerativních elektráren a velkých akumulátorových systémů patří mezi další oblasti použití vysokonapěťové výkonové elektroniky pohonné systémy a železniční technologie. Pro testování těchto systémů má Fraunhofer ISE laboratoř o výkonu několika megawattů, která byla slavnostně otevřena v polovině roku 2019. To umožňuje provoz středonapěťových systémů s výkonem až 20 MVA.Kompaktní design díky vysoké spínací frekvenci
Budoucí výkonová elektronika na úrovni vysokého napětí
