Nowatorska technologia falowników szeregowych z węglikiem krzemu
Firma BREK Electronics zaprojektowała szeregowe falowniki fotowoltaiczne wykorzystujące nowatorską architekturę zoptymalizowaną pod kątem komponentów z węglika krzemu (SiC). Dzięki temu falowniki BREK wyróżniają się wiodącym w branży czterokrotnym wzrostem gęstości mocy, a także zwiększoną trwałością w lżejszym i bardziej kompaktowym systemie.
Węglik krzemu ma 300 razy lepszą przewodność cieplną w porównaniu z tradycyjnym krzemem. Pozwala to obniżyć temperaturę roboczą pracującego elementu, prowadząc do mniejszej liczby awarii. Testy laboratoryjne wykazały 10-krotną poprawę średniego czasu pracy do pierwszej awarii w porównaniu z zastosowanym konwencjonalnym krzemem. Węglik krzemu może wytrzymać wyższe temperatury i przenosić więcej energii niż krzem. Korzyści te torują drogę SiC do ostatecznego obniżenia kosztów produkcji i pracy falowników fotowoltaicznych.
Przy 4 kW/kg falowniki BREK dostarczają więcej mocy w lżejszym, bardziej zwartym systemie niż inne falowniki szeregowe. Oferują czterokrotnie większą gęstość mocy. Warto odnotować, że konstrukcja firmy BREK Electronics zapewnia o 40% niższe koszty inwestycyjne i operacyjne przewidywane na cały okres eksploatacji falownika. W celu aktywnego monitorowania sieci funkcje ograniczania mocy są elementem oprogramowania sterującego falownikiem. BREK wykorzystuje lekkie, płaskie magnesy i kondensatory ceramiczne, umożliwiając zautomatyzowaną produkcję, co prowadzi do obniżenia kosztu w przeliczeniu na 1 W mocy.
Unikalne podejście firmy BREK Electronics opiera się na badaniach dyrektora ds. technologii w BREK, prof. Roberta Ericksona, w Colorado Power Electronics Center na University of Colorado-Boulder. Otrzymał on ponad 4,4 mln dol. dofinansowania z Departamentu Energii na badania nad energoelektroniką SiC. Bezpośrednia wymiana urządzeń krzemowych na komponenty z węglika krzemu prowadzi jedynie do stopniowych ulepszeń – nie zmniejsza rozmiaru ani wagi. Dlatego firma BREK przeprojektowała falownik od podstaw, wykorzystując architekturę kompozytową zoptymalizowaną pod kątem zastosowania węglika krzemu.
Czym różnią się falowniki z węglika krzemu firmy BREK?
Rewolucyjna, nowa konstrukcja obwodów zawiera płaskie magnesy i kondensatory ceramiczne – wszystkie zaprojektowane są do automatycznego montażu. Falowniki 200 kW z jedną strefą śledzenia punktu mocy maksymalnej (MPPT) lub falownik 400 kW z dwoma strefami MPPT mają znacznie zmniejszone rozmiary. Zastosowanie SiC umożliwiło zmniejszenie wielkości rozmiaru kondensatora. Osiągnięto poprawę wskaźnika awaryjności w architekturze falownika i powiązanych prądach kondensatorów. Znaczna redukcja strat systemowych możliwa była dzięki fundamentalnym ulepszeniom architektury falownika. Modułowa, skalowalna konstrukcja systemu umożliwia rozbudowę od 200 kW do skali wielu MW. Zasadniczo nowa technologia umożliwia niższy koszt produkcji i eksploatacji w przeliczeniu na 1 W mocy. Już wkrótce pojawią się w ofercie firmy falowniki fotowoltaiczne z interfejsem Battery Energy Storage System (BESS).
Zasadnicze zalety falowników szeregowych firmy BREAK
- redukcja o 40% wydatków kapitałowych i operacyjnych
- redukcja o 48% kosztów eksploatacji i konserwacji w całym okresie eksploatacji
- 400% gęstości mocy w porównaniu z modelami w tradycyjnych technologiach
– Technologia falowników BREK jest zgodna z ulepszeniami, które ceni komercyjny przemysł fotowoltaiczny. Falowniki szeregowe stanowią znaczny i stale rosnący odsetek sprzętu wdrażanego w projektach globalnych. Proponowane zmniejszenie rozmiaru i wagi falownika wraz ze zwiększoną mocą i rozpraszanym ciepłem dodaje wartości każdemu falownikowi i wyróżnia danego producenta spośród obecnie dostępnych na rynku – mówi Krzysztof Tomasz, główny inżynier projektu AES Distributed Energy.
Węglik krzemu to przyszłość energoelektroniki. – Zalety węglika krzemu można podsumować jednym słowem: wydajność – wyjaśnia Alexander Duval z Goldman Sachs Research. Unikalna, opatentowana technologia autorstwa światowej sławy eksperta w dziedzinie energoelektroniki, prof. Roberta Ericksona, wykorzystuje obwody zaprojektowane w celu optymalizacji mocy każdego komponentu: od tranzystorów MOSFET SiC, przez najnowocześniejsze kondensatory, po płaskie magnesy. Rdzenie energoelektroniki pracują z wyższymi częstotliwościami, co skutkuje niższymi stratami i wyższą wydajnością.
Opr. M. Grabania
Zdjęcie główne autorstwa David Monniaux
Źródło: BREK Electronics Corp. Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
