Kaynak: ines-solaire.org
INES'teki CEA, Leti'deki CEA laboratuvarları tarafından geliştirilen GaN transistörleriyle yapılan 400W'lık bir fotovoltaik mikroinvertörün ilk prototipini üretti.
1,1 kW/L'lik yüksek bir güç yoğunluğu ve yüzde 97'lik bir verimlilik sunar (silikon bileşenleri kullanan geleneksel teknolojiler için 0,3 kW/L ve yüzde 95'e kıyasla).
Fotovoltaik paneller doğrudan elektrik akımı üretir. Bunları tüketicilere alternatif bir akım sağlayan elektrik şebekesine bağlamak için bir invertör gereklidir. Bu dönüştürme adımı, yeni bileşenlerle en aza indirilebilecek enerji kayıplarına yol açar.
Yere monte edilen büyük fotovoltaik tesisler ve ayrıca üçüncül veya endüstriyel binalara kurulan tesisler "merkezi" veya "dizi" invertörlerle donatılmıştır ve üç fazlı elektrik şebekesine bağlanır.
Ev tesisatları için mevcut elektrik şebekesi tek fazlı ve düşük voltajlıdır. Çatılara kurulan fotovoltaik paneller potansiyel olarak daha fazla gölgelenmeye maruz kalır ve bu da kayıplara yol açar. Bu nedenle, modüller arasında bağımsız bir çalışma, optimal bir ünite verimi ve çok modüler operasyonlar (kolay değiştirme) sağlayan her fotovoltaik panele bir invertör bağlamak ilginçtir. 200 ila 500 W gücünde olan bu tip invertöre mikro invertör denir. Her panelin arkasına monte edilir.
Bu ekipman temel bileşenleri kullanır: güç yarı iletkenleri.
INES'teki CEA, maliyeti düşürmek, enerji performansını artırmak ve elektrik şebekesini desteklemek için yeni nesil invertörler geliştiriyor. Bu nesnelerin kompaktlığı, enerji santrallerinin kurulum ve bakım maliyetleri üzerindeki etkiyi kontrol etmek ve malzeme kullanımını en aza indirmek için de bir konudur.
Araştırmamız elektronik mimariye odaklanıyor ve özellikle Grenoble'daki CEA-LETI laboratuvarlarında geliştirilenler olmak üzere silisyum karbür (SiC) ve galyum nitrür (GaN) gibi "büyük boşluklu" yarı iletkenleri kullanıyor.
GaN teknolojisi, silikon kullanarak güç yarı iletkenlerinin sınırlarını zorlayan "geniş aralıklı" teknolojilerden (geniş bant yarı iletkenler) biridir.
Maliyetleri düşürürken minyatürleştirmeye ve artan enerji verimliliğine izin verir.
Fotovoltaik ve otomotiv endüstrileri (elektrikli araçlarla birlikte), GaN veya SiC yarı iletkenlerine dayalı bu yeni dönüştürücüler için ana büyüme itici güçleridir.
CEA-Leti, silikon eşdeğerlerinden daha iyi performans gösteren GaN 600V diyotlar ve güç transistörleri üretmek için son teknoloji epitaksi (600V ve 1200V) ve teknolojiye sahiptir. Bu eş düzlemli teknoloji ile güç bileşenini koruma (sıcaklık, gerilim, akım vb.) ve kontrol (sürücü) işlevleriyle "daha akıllı" hale getirmek mümkün olacaktır. Şu anda mevcut olmayan çift yönlü gerilim kesiciler tasarlamak da mümkündür.
INES'teki CEA, bu yeni GaN transistörleri için yüksek sıcaklıklı bir dinamik karakterizasyon tezgahı ve CEA Leti'nin Bileşenler Departmanı tarafından yapılan transistörleri kullanan 400W'lık bir fotovoltaik mikro invertörün ilk prototipi inşa etti. Bu mikro invertör iki dönüşüm aşamasından oluşur:
- 5 GaN 100V transistör içeren bir DC/DC aşaması
- 4 GaN 650V transistör içeren bir DC/AC aşaması
Optimize edilmiş GaN transistörleri kullanılarak 2022'nin sonunda ikinci nesil bir mikro invertör planlanıyor. Konsepti daha yüksek güçlerde kanıtlamak için diğer boyutlardaki invertörler de hedeflenecektir.
Bu teknolojinin 2025-2027 itibarıyla pazara ulaşması bekleniyor. Bu arada, CEA-Leti'deki araştırmacılar ve INES'teki CEA-Liten'deki araştırmacılar, teknolojiyi iyileştirecek ve entegre bir dijital kontrol sistemi geliştirecekler. Ekip, önümüzdeki yıllarda yeni prototipleri ortaya çıkaracak.
Bu çalışma, uluslararası konferanslarda (PCIM, EPE) patentlere ve çeşitli makalelere ve sunumlara konu olmuştur.
