Zmiana podejścia do gospodarowania energią sprawia, że kwestia rozbudowy sieci energetycznych nabiera coraz istotniejszego znaczenia. Do sieci przyłączanych jest bowiem coraz więcej urządzeń, takich jak instalacje OZE czy magazyny energii. W efekcie wzrasta także roli elektroniki siłowej, która musi dziś nie tylko sterować zasilaniem czy odzyskiem energii elektrycznej, ale coraz częściej realizuje także szereg dodatkowych zadań. Przykładem może być najnowszy falownik opracowany przez Instytut Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej (ISE) w ramach projektu „SiC-MSBat”. Kompaktowe urządzenie może zostać bezpośrednio przyłączone do sieci średniego napięcia – bez konieczności stosowania dużych, 50-hercowych transformatorów. Możliwość taką zapewniają mu nowatorskie tranzystory z węglików krzemu (SiC) o bardzo wysokim napięciu wstecznym. 

Jednocześnie falowniki SiC cechują się dużą dynamiką regulacji, dzięki czemu mogą pełnić także funkcję stabilizatorów sieci, np. filtrów sieciowych do kompensacji wyższych harmonicznych. A ponieważ uzyskują też znacznie większą gęstość energii, mogą być projektowane w kompaktowy sposób, co ma znaczenie zwłaszcza w instalacjach śródmiejskich oraz w przypadku modernizacji istniejących sieci.

Zbudowane przez naukowców z ISE rozwiązanie składa się z zestawu falowników o łącznej mocy 250 kW opracowanych z myślą o zasilaniu sieci prądu przemiennego 3 kV. Każdy falownik wyposażono w nowatorski tranzystor SiC o napięciu 3,3 kV wykazujący znacznie mniejsze straty mocy niż porównywalne tranzystory krzemowe. Dzięki temu można było uzyskać częstotliwość taktowania falownika na poziomie 16 kHz – średnio 10 razy wyższą niż przy zastosowaniu konwencjonalnych tranzystorów.

To jednak nie wszystko: nowy przemiennik częstotliwości jest wyposażony w system aktywnego chłodzenia cieczą, w którym jako chłodziwo zastosowano estry syntetyczne. Pompowane przez falownik, chłodzą zarówno tranzystory (za pośrednictwem radiatora), jak i dławiki filtrujące zamknięte w szczelnym zbiorniku. Jednocześnie chłodziwo pełni funkcję izolatora elektrycznego dławików, co pozwala ograniczyć ich wielkość.

Falownik przeszedł już pierwsze testy, w których uzyskał sprawność na poziomie 98,4%. Dzięki modułowej budowie można go łatwo łączyć w zespoły o mocy nawet kilku MW. A jednocześnie nawet po uwzględnieniu dodatkowej przestrzeni na przełączniki i agregat chłodniczy wciąż zajmuje o 40% mniej miejsca niż konwencjonalne przemienniki częstotliwości w tej klasie napięć. Dlatego też technologia ta może znaleźć zastosowanie m.in. w dużych instalacjach fotowoltaicznych, które w niedalekiej przyszłości prawdopodobnie będą bazowały na sieciach średniego napięcia, a także w innych systemach OZE, magazynowaniu energii, układach napędowych i branży kolejowej.

Źródło: Fraunhofer ISE