Pagkuha sa Kinatibuk-ang Poder: Ang Estratehikong Pagbabago sa Teknolohiya sa Solid-State Transformer sa Estados Unidos

Ang DG Matrix ug Resilient Power nagsulti nga ilang solid-state transformers makapadaghan sa gasto, panahon, ug komplikado sa pag-suplay og kuryente sa mga data centers, electric vehicle (EV) charging hubs, ug uban pa. Sa dili pa mao ang pipila ka dekada, ang mga electrical engineers nag-udyok sa usa ka device nga mahimong mosulay sa pagkuha sa solar panels, battery systems, ug on-site generators sa high-power equipment sama sa EV chargers o data center servers walay panginahanglan og dako nga gasto sa hardware aron mas mag-amping sila.

Karon, ang mga device nga gitawag og solid-state transformers nagsugyot na sa merkado — ug ang ilang pag-abot wala na mas maayo sa oras.

Kini tungod kay ang teknolohiya mahimong ang key sa pag-solve sa dako nga kuryente nga gipangutana sa data centers, factories, ug EV charging hubs, nga mahimong mog-overwhelm sa power grid ug makapuyo sa utilities nga moburn og dugang fossil fuels nga nakatuban sa global warming.

Karon, ang demand sa kuryente sa mga dako nga consumer nag-exceed sa capacity sa U.S. power grid. Teoretikal, kini nga problema mahimo mopag-eban pinaagi sa pag-permit sa kanila nga mag-install og ilang kaugalingong solar panels, batteries, ug generators on-site — idealyo microgrids — apan kini nga adunay simple nga solusyon mahimong ekstremong komplikado ug costly nga implementar.

Ang bawg solar array, battery, fuel cell, generator, o uban pang on-site power source nagkinahanglan og daghang mga equipment — electrical protection devices, isolation transformers, step-up ug step-down transformers, power converters — aron maprotektahan ang direct current (DC) sa alternating current (AC) o vice versa, ug i-raise o i-lower ang voltage aron makasabay sa kinahanglan sa uban nga loads sa usa ka building.

Ang solid-state transformers mahimo tanang kining mga function pinaagi sa usa ra ka device, kontrolado ang kuryente asa flexible sa router nga kontrolado ang data flow. Kini labi na importante sa pag-manage sa high-power-demand equipment (sama sa EV chargers) o equipment nga labi sensitive sa power quality (sama sa server racks sa data centers).

Gisulti ni Haroon Inam, CEO ug co-founder sa DG Matrix. Ang DG Matrix usa sa pipila ka kompanya nga nagsugyot na sa pag-implementar og solid-state transformers. Misulti niya nga ang DG Matrix nakapangita og $20 million sa Marso niadtong tuig ug kasagaran na sa pagtukod og factory sa North Carolina, nga expected na mobalhin sa dili pa matapos ang tuig ngadto sa 1,000 units sa annual production. "Nag-enter na mi sa dako ug underserved commercial ug industrial microgrid market," misulti niya. "Wala gyud nagbuhat ani kay ang gasto sa pagtukod og usa ra, custom microgrid labi ka taas."

Ang DG Matrix dili lang ang usa ka kompanya nga nagtrabaho aning butang. Ang Heron Power, usa ka startup nga gitukod ni Drew Baglino, usa ka former Tesla employee, nakapangita og $43 million ug nangitaa nga magtukod og unang solid-state transformers sa 2027. Ang Amperesand nakapangita og $12.5 million niadtong tuig nga nagpatuloy sa pag-develop og solid-state transformers nga gi-test sa Singapore's power grid.

Ang dako nga electronics companies interesado niini. Ang electrical equipment giant Eaton nag-agree sa huling buwan aron mag-acquire sa Resilient Power Systems, nga nakapangita og $5 million sa 2021 aron magtukod ug deploy og ilang power conversion equipment para sa EV charging hubs ug uban pang high-energy-consuming environments. Ang Eaton mag-invest og $55 million sa kompanya sa closing sa transaksyon; depende sa financial ug technical performance sa Resilient Power sa susunod nga pipila ka tuig, ang Eaton mahimong magbayad og daghang $95 million.

"Daghang tawo nagtrabaho niini nga teknolohiya sa pipila ka dekada," misulti ni Aidan Graham, senior vice president ug general manager sa Eaton's Critical Power Solutions business. Karon, pinaagi sa mga advance sa pipila ka key engineering technologies, kini nga teknolohiya mahimong nahuman na ang golden age — ang utilities ug uban pang institusyon nagsugyot na sa pag-test niini.

Evolution of Solid-State Transformers

Ang Eaton nagtrabaho sa solid-state transformer research and development sa pipila ka tuig. Wala pa ang kompanya gibag-o kung unsaon ang pag-scale up sa manufacturing ug deployment sa teknolohiya sa Resilient Power. Apan misulti si Graham: "Nag-explore kami sa daghang areas, kasama ang EV charging ug integration sa batteries sa data centers ug uban pang critical environments. 'Ang loss sa kuryente bisan isang moment mahimong mog-threaten sa kinabuhi sa tawo ug mahimong mobayad og dako nga gasto.'"

Si Michael Wood III, chief of staff sa DG Matrix, misulti nga ang kompanya nag-test sa ilang equipment sama sa electrical equipment manufacturing giant ABB, North Carolina utility Duke Energy, ug PowerSecure, usa ka dako nga microgrid ug data center power system developer nga gigamit sa utility Southern Co.

"Ang pinakamaayo nga paraan sa pagkuha sa susunod nga gigawatt sa energy mao ang pagtukod og distributed systems," misulti si Wood. "Karon, imong gikinahanglan ang tanang mga device aron makapuyo ang proyekto. Ang DG Matrix nag-eliminate sa balanse sa tanang mga sistema ug gisimplify kini sa usa ka sistema."

Misulti ni Inam nga ang gasto sa paggamit sa solid-state transformer sa DG Matrix wala pa sa usa ka half sa pag-connect sa typical on-site microgrid components gamit ang combination sa multiple technical standards. Bukod pa, mahimong madali ang pag-mix and match sa equipment o pag-usab sa configuration sa sistema sa data centers, EV charging hubs, ug uban pang potential microgrid sites.

Sige kung ga useful ang solid-state transformers, unsaon naman kini nag-enter sa field karon?

Adunay maayo nga rason kung unsaon kini nagtagal, misulti ni Vlatko Vlatkovic, usa ka partner sa Clean Energy Ventures, usa ka investor sa DG Matrix ug veteran sa General Electric's industrial electrification business nga naka-join sa board sa startup niadtong tuig.

Ang power grid nagsugyot sa electromechanical devices nga operasyon relatively simple ug wala na molihok sa pipila ka dekada. Bisag adunay pipila ka progress sa dili pa matapos ang tuig nga gihatagan og posibilidad sa devices sama sa solar inverters o EV drive systems, ang semiconductors nga naghatag og modern computing wala pa gipangita sa power grid.

"Pushing the industry to use more power electronics has been a huge challenge," misulti ni Vlatkovic, lalo na sa mas taas nga grid voltages. Hangtod sa dili pa matapos ang tuig, ang underlying technology "wala pa dako o reliable enough. Adunay teknikal nga problema."

Similar challenges have plagued solid-state transformers in high-voltage industrial applications, misulti ni Neal Dikeman, usa ka partner sa Energy Transition Ventures, usa ka investor sa Resilient Power. Misulti niya nga ang continued advances sa silicon carbide semiconductors ug improvements sa computing power needed to make them efficient at power conversion helped. "But it's not easy."

Si Inam, nga nagserbi isip chief technology officer sa grid power control provider Smart Wires bago moadto sa DG Matrix niadtong 2023, misulti nga ang startup naghunahuna sa pipila ka key challenges aron makapunta niini nga punto.

Unsa, sa taas nga voltages, ang init nga giproduktahan sa AC-DC conversion dili easy sa pag-dissipate. Pag-handle sa "electromagnetic noise," o interference caused by the same high-frequency electrical switching. "If you don't know how to effectively mitigate the noise, it affects everything. It can cause overheating, explosions, and performance degradation," misulti ni Inam.

Apan, ang pag-solve sa kini nga mga challenges adunay rewards. "Our technology is now mature and sophisticated enough that we can launch reliable equipment," misulti ni Vlatkovic.

Why Now Is the Time for Solid-State Transformers

The timing couldn't be better.

"Everything is electrifying, from cars to industry to housing," misulti ni Vlatkovic. "If you look at projections of the power the grid will need to deliver over the next 10 to 20 years, you'll see that we need to at least double grid capacity. Some projections even say we need to triple existing capacity."

Misulti ni Inam nga ang pag-meet sa power demands sa data centers usa ka dako nga oportunidad.

Ang ambitious artificial intelligence plans sa tech giants naghatag og dako nga burden sa power grids sa utilities sa data center hotspots sama sa Virginia, Georgia, ug Texas. Kini nag-prompt sa data center developers nga mag-explore sa mga paraan sa pag-reduce sa pressure sa power grid, kasama ang pagtukod og generators ug batteries nearby o on-site.

"The three big problems are the speed of power supply (customers can't get power fast enough), the cost of power, and the ability to aggregate multiple resources for flexibility," misulti ni Inam. "We've talked to enterprise customers with hundreds or thousands of sites. The biggest challenge they face is having to design each site from scratch. They're looking for a turnkey solution to the challenge of deploying 1,000 sites instead of one."

Ang solid-state transformers makatabang sa pag-meet sa kini nga mga needs, misulti ni Vlatkovic. "From complex installations and multiple companies to one company taking care of everything."

Putting More Functions into Smaller Packages

Misulti ni Graham sa Eaton nga ang "high-power-density" packaging makatabang usab sa pag-save sa valuable space sa tight environments sama sa data centers ug EV charging stations. Ang solid-state transformers makapag-produce mass-produced sa factories, reducing the cost ug panahon sa electrical labor sa construction sites. "You've brought it back into a controlled manufacturing environment," misulti ni Graham.

Bukod pa, ang pagkuha sa usa ka device nga mahimo ang multiple tasks simplifies engineering requirements, misulti ni Dickman.

"If you design a complex system using off-the-shelf components, the mismatch of different devices can't fully meet the system's requirements. This increases costs and reduces efficiency," misulti niya. "You can solve this problem with custom products — but that's more expensive and riskier. When you're dealing with solar, energy storage, and data centers, and people who need to move quickly and need something reliable and cheap, all of this falls apart."

Misulti ni Joaquin Aguerre, ang director sa strategic portfolio development sa kompanya, nga ang tanang potential advantages nag-prompt sa microgrid developer PowerSecure nga mag-launch og pilots sa duha ka solid-state transformer technologies, kasama ang tests in collaboration sa DG Matrix. "We're trying to be at the forefront of this technology."

Ang PowerSecure naka-design ug naka-install og higit sa 2.4 gigawatts sa microgrid capacity para sa customers gikan sa dako nga retailers ug hospitals hangtod sa utilities ug data centers. Ang kompanya nag-focus sa solid-state transformers aron i-integrate ang energy-efficient "hybrid microgrids" nga combine "solar, energy storage, natural gas generators, fuel cells, EV charging — whatever you can think of," misulti ni Aguerre.

"The real market demand has started to emerge," misulti niya. Sa samang panahon, "most of these companies are still in the early stages.... The next logical step is to conduct appropriate pilot projects to observe real customer use cases on a smaller scale" ug test the durability and reliability of the relevant technologies.

After all, no matter what disadvantages traditional transformers have compared with cutting-edge power electronics, "they don't fail often," pointed out ni Aguerre. "Everyone expects the same reliability from whatever solid-state transformer they're looking at."