Izvor: ise.fraunhofer.de
Kako energetska tranzicija napreduje, širenje električnih mreža postaje sve važnije. Sve više i više postrojenja za proizvodnju obnovljivih izvora, kao i sistemi za skladištenje električne energije su povezani na mrežu. To daje odlučujuću ulogu energetskoj elektronici, jer je neophodno ove sisteme povezati s mrežom. Međutim, pored pukog unosa ili povratka električne energije, energetska elektronika mora obavljati i druge zadatke koji podržavaju mrežu. U&"SiC-MSBat &"; Istraživači na Fraunhofer institutu za solarne energetske sisteme ISE, zajedno s partnerima, sada su razvili i uspješno naručili vrlo kompaktni pretvarač za direktno napajanje u mrežu srednjeg napona.
Trenutno se pretvarači uglavnom napajaju u niskonaponsku mrežu. Zatim se spajaju na mrežu srednjeg napona preko velikih transformatora od 50 Hz. Korištenje novih tipova tranzistora od silicij-karbida (SiC) s vrlo visokim blokirajućim naponima sada omogućava i pretvarače izravno na mrežu srednjeg napona. Zahvaljujući visokoj upravljačkoj dinamici SiC pretvarača, oni mogu preuzeti zadatke stabilizacije mreže i, na primjer, djelovati kao aktivni filtri snage kako bi nadoknadili harmonike u srednjenaponskoj mreži. Nadalje, SiC pretvarači mogu postići mnogo veće gustoće snage od uobičajenih pretvarača. To rezultira kompaktnim dizajnom, što je posebna prednost kada se postrojenja trebaju graditi u gradskim područjima ili se postojeće stare pogone dograđuje. Uz puke troškove sistema, vrlo važnu ulogu igraju i troškovi izgradnje i infrastrukture, posebno u urbanim područjima. U sklopu projekta&SiC-MSBat - srednjenaponski pretvarači sa visokonaponskim SiC modulima za velike mreže za skladištenje i distribuciju mreža koje opslužuju sistem &, razvijen je inverterski sklop snage 250 kW za napajanje u mreže od 3 kV izmjenične struje. Ovdje se koriste novi SiC tranzistori od 3,3 kV. Oni imaju znatno manje gubitke snage od usporedivih silicijskih tranzistora. To omogućava rad s pretvaračem s frekvencijom prebacivanja od 16 kHz. Sa vrhunskim silicijskim tranzistorima, samo je oko 10 puta niža preklopna frekvencija u ovoj naponskoj klasi. Visoka frekvencija prebacivanja osigurava uštedu na pasivnim komponentama, jer se one mogu dimenzionirati u manji format. Još jedna posebna karakteristika pretvarača je aktivno hlađenje tekućinom sa sintetičkim esterom kao rashladnim medijem. Ovaj medij se pumpa kroz pretvarač i hladi i tranzistore preko hladnjaka sa tečnim hladnjakom i prigušnice filtra koji su smješteni u zatvorenom spremniku. Istovremeno, rashladni medij za prigušivače filtra služi kao medij za električnu izolaciju, omogućavajući da prigušnice filtra budu još kompaktnije. Pretvarač je izrađen i testiran u laboratorijama kompanije Fraunhofer ISE' postigavši vrlo visoku efikasnost od 98,4 posto pri nazivnoj snazi. Dizajn uređaja omogućava modularno međusobno povezivanje više inverterskih snopova kako bi se postigao sistemski izlaz od nekoliko megavata. Uzimajući u obzir dodatni prostor za ugradnju rasklopnih uređaja i rashladne jedinice, može se postići ušteda volumena inverterskog sistema do 40 posto u odnosu na komercijalne inverterske sisteme ove naponske klase. Projekt je financiralo njemačko Savezno ministarstvo za ekonomiju i energetiku (BMWi) u sklopu 6. Programa energetskih istraživanja u okviru podpodručja&"Integracija obnovljivih izvora energije i sistema za regenerativno opskrbu energijom &". Projektni partneri bili su Semikron Elektronik GmbH& Co. KG i STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH. Semikron je bio odgovoran za razvoj 3.3 kV SiC modula u projektu, STS je uglavnom bio odgovoran za induktivne komponente. Fraunhofer ISE vidi mnoge potencijalne primjene za upotrebu visoko blokirajućih SiC uređaja u području srednjeg napona." Pogotovo za velike fotonaponske elektrane, trend je prema višim i višim naponima," kaže Andreas Hensel, šef tima Srednjonaponske energetske elektronike u Fraunhofer ISE." S PV tehnologijom od 1500 V koja je dostupna nekoliko godina, niskonaponska direktiva se već u potpunosti koristi. Sljedeći korak ovdje bit će prijelaz na napajanje na srednjem naponu, što će donijeti daljnji potencijal za uštede i poboljšanja u sistemskom konceptu PV elektrana." Pored regenerativnih elektrana i velikih sistema za skladištenje baterija, druga područja primjene srednjenaponske energetske elektronike uključuju pogonske sisteme i tehnologiju šina. Za testiranje takvih sistema, Fraunhofer ISE ima laboratoriju od nekoliko megavata koja je svečano otvorena sredinom 2019. godine. To omogućava rad srednjenaponskih sistema snage do 20 MVA.Kompaktan dizajn zbog velike frekvencije prebacivanja
Buduća energetska elektronika na srednjonaponskom nivou
