Ilħaq il-Futur tal-Elettricità: L-Evoluzzjoni Strategika tas-Teċnoloġija tal-Transformer Solid-State fil-Stati Uniti

DG Matrix u Resilient Power qisu li għal dawn il-mutazzjoni solid-state li jistgħu jżidu t-tqieg, it-temps, u l-komplikar tas-silġ ta’ enerġija għal data centers, hubs ta’ ċarġa ta’ veċċel elettriku (EV), u l-ġej. Għal dawk il-deċennji, l-inġinieri elettriki rħlu mill-ħolma tal-apparat li jistgħu jkunu jikkonektaw pjanji solari, sistemi ta’ batteġġijiet, u ġeneraturi fuq is-sit ma’ quddiem tal-quddiem bħal EV chargers jew servers ta’ data center mingħajr l-bisogna ta’ ammont kbir ta’ hardwa ħadra u grassa biex jagħmlu lilhom x-xogħol flimkien.

Issa, dawn l-apparati magħrufa bħala mutazzjoni solid-state qed jibdew jaqsmu l-merkat — u l-ħolqa tagħhom ma tista’ tkun aktar opportuna.

Din għalhekk li teknoloġija din tista’ tkun l-aħħar għal dan l-għaqda kbir ta’ quddiem ta’ data centers, fabriki, u hubs ta’ ċarġa ta’ EV, li jistgħu jiġbdu l-graġ tal-enerġija u jiġbdu l-fornitori ta’ servizju biex jilqu l-aktar karbuġni li jgħaddmu l-iktar għas-silġ globjali.

F’dawn il-lum, id-demanza ta’ dan l-ammont kbir ta’ utenti ta’ quddiem ta’ quddiem ta’ enerġija qattgħet il-kapaċità ta’ fornitu tal-enerġija Amerikana. Teoricament, din il-problema tista’ tkun solvta permezz ta’ permess għalihom biex jinstabu l-pjanji solari, batteġġijiet, u ġeneraturi fuq is-sit — idealment microgrids — imma d-din il-soluzzjoni sempliċi taf liha tibqa’ komplika ħafna u grassa biex tikseb implementata.

Kull array solari, batteġġija, fuel cell, ġeneratur, jew sorg ta’ quddiem ta’ quddiem fuq is-sit, irrid ammont kbir ta’ apparati — dispozitivi ta’ protezzjoni elettrika, transformers ta’ isolazzjoni, transformers ta’ step-up u step-down, converters ta’ quddiem — biex jassiguraw l-iskarta ta’ konverżjon dirett (DC) għal alternativ (AC) jew vice versa, u biex jissogħġġaw jew jirringħaw l-voltiġi sabiex ikunu jgħoddjaw il-bisogna ta’ diffrenti loads f’buildings.

Il-mutazzjoni solid-state jistgħu jkollhom kollha l-funzjonijiet madwarx appara waħed, jikkontrollaw l-enerġija b’flessibilità kif router jikkontrolla l-flus tad-data. Dan huwa speċjalment valurabbli għal managemen tal-quddiem ta’ quddiem ta’ quddiem (bħal EV chargers) jew l-apparati estremament sensittiv għal kwalita ta’ quddiem (bħal racks ta’ servers f’dan data center).

Kemm qal Haroon Inam, CEO u co-founder ta’ DG Matrix. DG Matrix huwa waħed mill-few companies li ġie bdew jagħmel mutazzjoni solid-state fil-prattika. Qal li DG Matrix raka $20 miljun fis-Mars ta’ dan is-sena u issa qed jibdew jibnu factory fi North Carolina, li jistgħu jiftakru l-operazzjonhom fil-axxenda ta’ dan is-sena b’mudelli ta’ produzzjoni ta’ 1,000 unitajiet fis-sena. "Qegħdin nagħmlu l-pass ta’ entrata fil-merkat kbir u underserved ta’ microgrids kommercja u industrjali," qal. "L-ghalilejn m'għamilux din għal dik il-kost ta’ build ta’ single, custom microgrid hi troppo alta."

DG Matrix mhux l-unic company li qed tgħamel din. Heron Power, startup mgħalba minn ex-Tesla employee Drew Baglino, raka $43 miljun u jħallu li jibdew jibnu l-ewwel mutazzjoni solid-state tagħhom bl-2027. Amperesand raka $12.5 miljun ftit is-sena li għaddiet biex tsegwi tibdel mutazzjoni solid-state li qed jiġu testati fuq graġ Singapore.

Companies kbiri tal-elettronika qed jagħmlu din. L-equipament elettriku giant Eaton agreeft fuq akkwizizzjoni ta’ Resilient Power Systems, li raka $5 miljun fis-2021 biex jibnu u jdeployhu l-equipament ta’ conversion ta’ quddiem tagħhom għal hubs ta’ ċarġa ta’ EV u ambjents oħra ta’ high-energy consumption. Eaton se jinvesti $55 miljun fit-company meta tinfetaħ transazzjoni; skont performance finanzjarja u teknika ta’ Resilient Power fil-annini li jmiss, Eaton se jista’ jipagha anke $95 miljun addizzjonali.

"Ħafna nies qed agħmlu din it-teknoloġija għal aktar minn deċennju," qal Aidan Graham, senior vice president u general manager ta’ Critical Power Solutions business ta’ Eaton. Issa, bil-progress fil-kulħadd ta’ key technologies ta’ inġinierija, din it-teknoloġija tista’ tkun finalment qed tpassa l-etaġen ta’ din — utilities u instituzzjonijiet oħra qed jibdew jiġbdu l-test tagħha.

Evolution ta’ Solid-State Transformers

Eaton qed agħmel riċerka u develop ta’ solid-state transformer għal tmiem. Il-company ma tħallietx kemm jixtieq li jisfallu l-manufacturing u deployment ta’ teknoloġija ta’ Resilient Power. Imma qal Graham: "Qed negħtu l-ewwel lehen għal diversi areas, inkluż charging ta’ EV u integration ta’ batteġġijiet f’dan data centers u ambjents oħra kritika. 'L-perda ta’ quddiem ta’ moment tista’ tminnxi l-ħajja ta’ nies u tkun kostosa ħafna.'

Michael Wood III, chief of staff ta’ DG Matrix, qal li l-company qed tiġi testata mal-companies, inkluż l-equipament manufacturing giant ABB, North Carolina utility Duke Energy, u PowerSecure, developer kbir ta’ microgrids u systems ta’ quddiem ta’ data centers owned bi Southern Co.

"Il-mod iktar aħjar biex tagħmel l-għalija gigawatt ta’ energija huwa biex jibnu systems distributi," qal Wood. "L-illum, trid kull din l-apparati biex jgħoddu l-projetti ta’ xogħol sew. DG Matrix elimina l-balance bejn kollha l-systems u jsimplifikahhom f’sistema waħeda."

Inam qal li l-kost ta’ użu ta’ solid-state transformer ta’ DG Matrix huwa biss nofs milli jkun l-kost ta’ connection ta’ components tipiċi ta’ microgrid fuq is-sit permezz ta’ kombinazzjoni ta’ multiple technical standards. F’dank il-ħin, jgħallim l-ebda mix u match ta’ apparati jew bidla ta’ konfigurazzjoni ta’ system ta’ data centers, hubs ta’ ċarġa ta’ EV, u sites potenzjali oħra ta’ microgrid.

Sekkon, jekk solid-state transformers huma teknoloġija tal-ħal qabel, għaliex dawn qed jentru l-field issa?

Hija hawn raġuni ħafna għal dik il-ftit, qal Vlatko Vlatkovic, partner ta’ Clean Energy Ventures, investor ta’ DG Matrix u veteran ta’ industrial electrification business ta’ General Electric li jgħadda l-board ta’ startup din is-sena.

Il-graġ tal-enerġija qed jdependi ħafna fuq apparati elettromeccanici li jopraw relativament simpli u li ma bdewx jifferru mult is-sena l-llum. Skont progress ftit ftit l-annini li għaddew li jgħallimu l-apparati bħal solar inverters jew EV drive systems possibili, semiconductors li jgħallimu l-computing moderna ma ġewx użati ħafna fil-graġ tal-enerġija.

"Pushing l-industrija li tuża aktar power electronics kien sfida kbira," qal Vlatkovic, speċjalment għal voltages akbar ta’ graġ. Sfisgħa reċenti, il-teknoloġija ta’ base "ma kellaha l-iżmir u l-affidabilità. Kien hemm problemi tekniki."

Sfidi simili ġew għal solid-state transformers fil-applications industriali ta’ high voltage, qal Neal Dikeman, partner ta’ Energy Transition Ventures, investor ta’ Resilient Power. Qal li l-avvanzi kontinwu ta’ semiconductors ta’ silicon carbide u l-improvement ta’ computing power neċessarja biex jiġu efficienti fil-conversion ta’ quddiem kien jgħallim. "Imma mhux easy."

Inam, li sar CTO ta’ grid power control provider Smart Wires qabel ma jingħaqad ma’ DG Matrix fis-2023, noti li l-startup kellu jilħqu diversi sfidi key biex jagħmlu l-istep.

Awwal, għal voltages akbar, il-ħal li jinkiteb mill-AC-DC conversion hija difficile li tiddepjixa. Handling "electromagnetic noise," jew interference causata mill-high-frequency electrical switching. "Jekk ma tafx kif tippaċifika l-noise effettivament, taffetta l-kulħadd. Tista’ tminnxi l-overheating, explosions, u degradation ta’ performance," qal Inam.

Imma, l-solużjoni ta’ din is-sfidi wkoll kienet tħalliet rewards. "It-teknoloġija tagħna issa mature u sophisticated b’mod li nistgħu nirreleas equipment affidable," qal Vlatkovic.

Why Now Is the Time for Solid-State Transformers

Il-ħin ma jkunx aktar opportunu.

"Kull xejn qed jiġi electrified, minn cars għal industry għal housing," qal Vlatkovic. "Jekk tara l-projections ta’ quddiem li l-graġ ser jeħtieġ li jfornix fil-10 jew 20 sena li jmiss, tara li naghmlu niffru l-capacity ta’ graġ. Xejn projections qegħdin qalun li naghmlu ntripplek l-esistenti capacity."

Inam qal li l-opportunità ta’ satisfiction ta’ deman ta’ data centers huwa particolarment big.

L-artificial intelligence plans ambizzjożi ta’ tech giants qed jippunentu pressjoni kbira fuq graġ tal-enerġija ta’ utilities f’dan data center hotspots bħal Virginia, Georgia, u Texas. Dan spurr data center developers biex jexploraw modi biex jiddeċċjejjbu pressjoni fuq graġ, inkluż building generators u batteġġijiet ħafna jew fuq is-sit.

"Il-tripartite problems huma speed ta’ supply ta’ quddiem (customers ma jkunu jistgħux jipprelevaw quddiem bħalissa), l-kost ta’ quddiem, u l-ability ta’ aggregation ta’ resources multipla għal flexibility," qal Inam. "Stqas bi enterprise customers ta’ hundreds jew thousands ta’ sites. It-talb kbir li jkunu jaffrontaw huwa li għandhom jiddesignaw kull site mill-ġdid. Dawn qed jafftuhom soluzzjoni turnkey għal challenge ta’ deployment ta’ 1,000 sites inveċ ta’ one."

Solid-state transformers jistgħu jgħallimu l-bisogna, qal Vlatkovic. "Min installazzjonijiet complex u multi-company għal company waħda li tikkura l-kulħadd."

Putting More Functions into Smaller Packages

Graham ta’ Eaton qal li l-"high-power-density" packaging wkoll jista’ jsalva spazju prezzjuż fil-ambjents tight bħal data centers u EV charging stations. Solid-state transformers jistgħu jiġu mass-produced fi factories, b’mod li jżidu l-kost u l-temps ta’ labor elettriku f’construction sites. "Inti ħassilt il-back fi controlled manufacturing environment," qal Graham.

F’dan il-ħin, l-apparatu waħed li jistgħu jkollhom joperaw multipli tasks jissemplifikaw l-requirements ta’ engineering, qal Dickman.

"Jekk tdesigna sistem complex permezz ta’ off-the-shelf components, mismatch ta’ apparati differenti ma jkunux jgħallimu l-bisogna tas-sistema. Dan jżid l-kost u jniqsu l-efficiency," qal. "Tista’ tħalli l-problem permezz ta’ products custom — imma dan huwa expensive u riskier. Meta taffronta l-silġ, l-storage ta’ energy, u data centers, u nies li jkunu jafftru moviment sew u bżonn xiex affordabile, kollha din tibqgħet."

Joaquin Aguerre, director ta’ strategic portfolio development ta’ l-company, qal li kollha l-potential advantages qaljin microgrid developer PowerSecure biex jibdew jilgħad pilots ta’ at least two teknoloġiji ta’ solid-state transformer, inkluż tests collaborativi ma’ DG Matrix. "Qed negħtu l-ewwel lehen biex nkunu l-frontiera ta’ din it-teknoloġija."

PowerSecure designed u installed aktar minn 2.4 gigawatts ta’ capacity ta’ microgrid għal customers ranging minn large retailers u hospitals għal utilities u data centers. Il-company qed tfokkasa speċjalment fuq solid-state transformers biex tintegrates "hybrid microgrids" ta’ energy-efficient li jikkombinaw "solar, storage ta’ energy, natural gas generators, fuel cells, EV charging — whatever you can think of," qal Aguerre.

"Id-demand real ta’ merkat qed tbda jemergi," qal. Fl-istess inhar, "most ta’ dawn l-companies qed jkunu ftit ftit stages.... Il-pass logical li jmiss huwa biex jkunu jilgħad pilot projects appropriate biex josservaw use cases ta’ customers real fuq scale żgħir u jtestaw l-durability u l-reliability ta’ teknoloġiji relevanti."

Alla fine, l-aktar dak li jkun l-disadvantages ta’ transformers tradizzjonali iffruntaw mal-cutting-edge power electronics, "mhumiex fail often," qal Aguerre. "Kull wieħed jaspetta l-istess reliability mill-solid-state transformer li jkunu qed jafftuhom."