Bron: ines-solaire.org
De CEA van INES heeft het eerste prototype geproduceerd van een 400W fotovoltaïsche micro-omvormer gemaakt met GaN-transistors ontwikkeld door de CEA-laboratoria in Leti.
Het biedt een hoge vermogensdichtheid van 1,1 kW/L en een efficiëntie van 97% (vergeleken met 0,3 kW/L en 95% voor conventionele technologieën met siliciumcomponenten).
De fotovoltaïsche panelen genereren een gelijkstroom. Een omvormer is nodig om ze aan te sluiten op het elektriciteitsnet, dat een wisselstroom levert aan consumenten. Deze omzettingsstap leidt tot energieverliezen die met nieuwe componenten geminimaliseerd kunnen worden.
Grote op de grond gemonteerde fotovoltaïsche installaties en installaties die op tertiaire of industriële gebouwen zijn geïnstalleerd, zijn uitgerust met "gecentraliseerde" of "string" omvormers en aangesloten op het driefasige elektriciteitsnet.
Voor huishoudelijke installaties is het beschikbare elektrische netwerk eenfasig en laagspanning. Fotovoltaïsche panelen die op daken zijn geïnstalleerd, zijn mogelijk onderhevig aan meer schaduw, wat leidt tot verliezen. Daarom is het interessant om een omvormer aan elk fotovoltaïsch paneel te koppelen, waardoor een onafhankelijke werking tussen modules, een optimale eenheidsopbrengst en zeer modulaire werking mogelijk is (eenvoudige vervanging). Dit type omvormer, met een vermogen van 200 tot 500 W, wordt micro-omvormer genoemd. Het is geïnstalleerd op de achterkant van elk paneel.
Deze apparatuur maakt gebruik van belangrijke componenten: vermogenshalfgeleiders.
De CEA van INES ontwikkelt nieuwe generatie omvormers om de kosten te verlagen, de energieprestaties te verbeteren en het elektriciteitsnet te ondersteunen. De compactheid van deze objecten is ook een probleem om de impact op de installatie- en onderhoudskosten van energiecentrales te beheersen en het gebruik van materialen te minimaliseren.
Ons onderzoek richt zich op elektronische architectuur en maakt gebruik van "large gap" halfgeleiders zoals siliciumcarbide (SiC) en galliumnitride (GaN), in het bijzonder die ontwikkeld in de CEA-LETI laboratoria in Grenoble.
GaN-technologie is een van de zogenaamde "wide-gap" -technologieën (breedbandhalfgeleiders), die de grenzen van vermogenshalfgeleiders met behulp van silicium verleggen.
Het zorgt voor miniaturisatie en verhoogde energie-efficiëntie terwijl de kosten worden verlaagd.
De fotovoltaïsche en automobielindustrie (met elektrische voertuigen) zijn de belangrijkste groeimotoren voor deze nieuwe converters op basis van GaN- of SiC-halfgeleiders.
CEA-Leti heeft state-of-the-art epitaxy (600V en 1200V) en technologie om GaN 600V diodes en vermogenstransistors te produceren die beter presteren dan siliciumequivalenten. Met deze coplanaire technologie zou het mogelijk zijn om de voedingscomponent "slimmer" te maken met bescherming (temperatuur, spanning, stroom, enz.) en besturingsfuncties (driver). Het is ook mogelijk om bidirectionele spanningsonderbrekers te ontwerpen die op dit moment niet bestaan.
De CEA van INES heeft een hoge temperatuur dynamische karakteriseringsbank gebouwd voor deze nieuwe GaN-transistors, evenals het eerste prototype van een 400W fotovoltaïsche micro-omvormer met behulp van de transistors gemaakt door CEA Leti's Components Department. Deze micro-omvormer bestaat uit twee conversiefasen:
- Een DC/DC-trap bestaande uit 5 GaN 100V-transistors
- Een DC/AC-trap bestaande uit 4 GaN 650V-transistors
Een tweede generatie micro-omvormers is gepland voor eind 2022, met behulp van geoptimaliseerde GaN-transistors. Andere formaten omvormers zullen ook worden gericht om het concept op hogere vermogens te bewijzen.
Deze technologie zal naar verwachting in 2025-2027 op de markt komen. In de tussentijd zullen onderzoekers van CEA-Leti en CEA-Liten van INES de technologie verbeteren en een geïntegreerd digitaal besturingssysteem ontwikkelen. Het team zal de komende jaren nieuwe prototypes onthullen.
Dit werk is het onderwerp van patenten en verschillende artikelen en presentaties op internationale conferenties (PCIM, EPE).
