Kaynak:ise.fraunhofer.de
Enerji geçişi ilerledikçe, elektrik şebekelerinin genişletilmesi giderek daha önemli hale geliyor. Giderek daha fazla yenilenebilir üretim tesisi ve elektrik depolama sistemleri şebekeye bağlanıyor. Bu, güç elektroniğine belirleyici bir rol verir, çünkü bu sistemlerin şebekeye bağlanması esastır. Ancak, elektrik enerjisinin salt beslemesi veya geri beslemesine ek olarak, güç elektroniği diğer şebeke destekleyici görevleri de yerine getirmelidir."SiC-MSBat" projesinde, Fraunhofer Güneş Enerjisi Sistemleri Enstitüsü ISE'deki araştırmacılar, ortaklarla birlikte, orta gerilim şebekesine doğrudan besleme için son derece kompakt bir invertör geliştirdi ve başarıyla devreye aldı.
Şu anda, invertörler çoğunlukla alçak gerilim şebekesini besliyor. Daha sonra 50 Hz'lik büyük transformatörler aracılığıyla orta gerilim şebekesine bağlanırlar. Çok yüksek blokaj gerilimlerine sahip yeni tip silisyum karbür (SiC) transistörlerin kullanımı artık inverterleri doğrudan orta gerilim şebekesine bağlamayı da mümkün kılıyor. SiC invertörlerinin yüksek kontrol dinamikleri sayesinde, şebeke stabilizasyon görevlerini üstlenebilirler ve örneğin orta gerilim şebekesindeki harmonikleri kompanze etmek için aktif güç filtreleri olarak hareket edebilirler. Ayrıca SiC invertörler, geleneksel invertörlerden çok daha yüksek güç yoğunluklarına ulaşabilir. Bu, şehir içi alanlarda tesisler inşa edilecek veya mevcut eski tesisler iyileştirilecekse özel bir avantaj olan kompakt bir tasarımla sonuçlanır. Sadece sistem maliyetlerinin yanı sıra inşaat ve altyapı maliyetleri de özellikle kentsel alanlarda çok önemli bir rol oynamaktadır. & "SiC-MSBat - büyük ölçekli depolama ve sistem hizmet veren dağıtım şebekeleri&için yüksek voltajlı SiC güç modüllerine sahip orta voltajlı inverterler&projesinin bir parçası olarak, 250 kW'lık bir inverter yığını geliştirildi 3-kV AC şebekelere besleme için. Burada yeni 3.3-kV SiC transistörler kullanılmaktadır. Bunlar, karşılaştırılabilir silikon transistörlerden önemli ölçüde daha düşük güç kayıplarına sahiptir. Bu, inverter yığınını 16 kHz'lik bir anahtarlama frekansıyla çalıştırmayı mümkün kılar. Son teknoloji silikon transistörlerle, bu voltaj sınıfında sadece yaklaşık 10 kat daha düşük anahtarlama frekansları mümkündür. Yüksek anahtarlama frekansı, daha küçük bir formatta boyutlandırılabildiğinden, pasif bileşenlerde tasarruf sağlar. İnverterin diğer bir özelliği, soğutma ortamı olarak sentetik bir ester ile aktif sıvı soğutmasıdır. Bu ortam invertörden pompalanır ve hem transistörleri bir sıvı ısı alıcısı aracılığıyla hem de kapalı bir tankta bulunan filtre bobinlerini soğutur. Aynı zamanda, filtre bobinleri için soğutma ortamı, elektriksel yalıtım ortamı görevi görerek filtre bobinlerinin daha da kompakt hale getirilmesine olanak tanır. İnverter, Fraunhofer ISE' laboratuvarlarında inşa edildi ve test edildi ve nominal güçte yüzde 98,4'lük çok yüksek bir verimlilik oranına ulaştı. Cihazın tasarımı, birkaç megawattlık sistem çıkışları elde etmek için birden fazla invertör yığınının modüler ara bağlantısına izin verir. Pano ve soğutma ünitesi için ek kurulum alanı dikkate alındığında, bu voltaj sınıfındaki ticari inverter sistemlerine kıyasla inverter sisteminde yüzde 40'a varan hacim tasarrufu sağlanabilir. Proje, Alman Federal Ekonomik İşler ve Enerji Bakanlığı (BMWi) tarafından,&"Yenilenebilir Enerjilerin ve Yenilenebilir Enerji Tedarik Sistemlerinin&Entegrasyonu" alt alanı altındaki 6. Enerji Araştırma Programının bir parçası olarak finanse edildi. Proje ortakları Semikron Elektronik GmbH& Co. KG ve STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH. Semikron, projede 3.3 kV SiC modüllerinin geliştirilmesinden sorumluydu, STS esas olarak endüktif bileşenlerden sorumluydu. Fraunhofer ISE, orta gerilim aralığında yüksek blokajlı SiC cihazlarının kullanımı için birçok potansiyel uygulama görmektedir."Özellikle büyük fotovoltaik enerji santralleri için, eğilim giderek daha yüksek voltajlara doğru," Fraunhofer ISE Orta Gerilim Güç Elektroniği Takım Başkanı Andreas Hensel."Birkaç yıldır mevcut olan 1500 V PV teknolojisi ile düşük voltaj direktifinden tam olarak yararlanılmaktadır. Buradaki bir sonraki adım, PV enerji santrallerinin sistem konseptinde daha fazla tasarruf ve iyileştirme potansiyeli getirecek olan orta gerilim seviyesinde beslemeye geçiş olacaktır.&alıntı; Rejeneratif enerji santralleri ve büyük pil depolama sistemlerine ek olarak, orta gerilim güç elektroniğinin diğer uygulama alanları arasında tahrik sistemleri ve ray teknolojisi bulunmaktadır. Bu tür sistemleri test etmek için Fraunhofer ISE, 2019'un ortalarında hizmete giren multi megawatt'lık bir laboratuvara sahiptir. Bu, 20 MVA'ya kadar güce sahip orta gerilim sistemlerinin çalışmasını sağlar.Yüksek anahtarlama frekansı sayesinde kompakt tasarım
Orta gerilim seviyesinde geleceğin güç elektroniği