Von der Forschung bis zur Implementierung: Der Innovations Sprung in der Entwicklung von Festkörper-Transformern im Vereinigten Königreich
I. Übersicht über Festkörperspannungswandler (SST)
Ein Festkörperspannungswandler (SST) ist ein fortschrittliches Geräte zur Leistungsumwandlung, das Leistungshalbleiter, Hochfrequenztransformer und Steuerungsschaltungen integriert.
Im Vergleich zu traditionellen Transformern unterstützt SST AC/AC-, AC/DC- und DC/DC-Umwandlungen und bietet Vorteile wie bidirektionale Leistungsflüsse, intelligente Steuerung und eine kompakte Gestaltung. Die Haupttopologien umfassen Einstufige, Zweistufige (mit Niederspannungs-Gleichstrom- oder Hochspannungs-Gleichstrom-Verbindungen) und Dreistufige Strukturen, die jeweils für bestimmte Anwendungsszenarien geeignet sind.
II. Vorteile des SST
Kompakte Größe und geringes Gewicht: Hochfrequenzbetrieb reduziert das Volumen um bis zu 80 %.
Hohe Effizienz: Weniger Umwandlungsstufen und Unterstützung für direkte Gleichstromverbindung.
Kompatibilität mit Smart Grids: Ermöglicht Echtzeitüberwachung, Spannungsregelung, Blindleistungskompensation und Fehlerisolation.
Integration von erneuerbaren Energien und Energiespeicherung: Direkte Verbindung von Solar-, Wind- und Batteriesystemen.
Geeignet für schnell wachsende Märkte: Wie schnelle Ladestationen für Elektrofahrzeuge, Rechenzentren und Schienenverkehr.
III. Anwendungsbereiche
Stromnetz: Verbessert die Flexibilität des Netzes, unterstützt bidirektionale Leistungsflüsse und integriert dezentrale Energiequellen.
Ladestationen für Elektrofahrzeuge (EV): Ermöglicht ultraschnelles Laden (350kW+), Fahrzeug-zu-Netz-Funktionalität (V2G) und direkte Integration erneuerbarer Energien.
Schienenverkehr: Ersetzt traditionelle Traktionsumformer, reduziert das Gewicht und verbessert die Effizienz.
Rechenzentren: Verbessert die Energieeffizienz, verringert die Kühlbedarf und unterstützt die Integration erneuerbarer Energien.
Maritime und Luftfahrt: Fördert die Elektrifizierung und reduziert CO2-Emissionen.
IV. Technische Herausforderungen
Hohe Kosten: Die Kosten für SST liegen bei 5–10 Mal denen traditioneller Transformer.
Zuverlässigkeitsprobleme: Schwache Kurzschlussbelastbarkeit, Halbleiterbauteile sind anfällig für Spannungsspitzen.
EMI-Störungen: Hochfrequenzschaltvorgänge verursachen elektromagnetische Störungen, was komplexe Filterdesigns erfordert.
Isolierung und Wärmeabfuhr: Das Verhalten von Isoliermaterialien bei hohen Frequenzen ist noch nicht vollständig beherrscht.
Gate-Treiber und -Schutz: Das Design ist komplex und erfordert Isolierung und hochpräzise Steuerung.
V. Marktchancen im Vereinigten Königreich
Modernisierung des Stromnetzes: Im Vereinigten Königreich gibt es etwa 585.000 Umspannwerke, von denen 230.000 Verteilungs-Umspannwerke von SST profitieren könnten.
Erneuerbare-Energien-Ziele: Die Ziele für 2030 umfassen 50 GW Offshore-Windenergie und 47 GW Solarenergie.
Infrastruktur für Elektrofahrzeugladestationen: Es wird geschätzt, dass bis 2030 300.000 öffentliche Ladesäulen benötigt werden, und der Markt für ultraschnelles Laden hat großes Potenzial.
Elektrifizierung des Schienenverkehrs: Etwa 2.880 Diesellokomotiven sollen ersetzt werden, und das Marktpotenzial für SST überschreitet 30 Millionen Pfund.
Wachstum von Rechenzentren: Der Energiebedarf steigt kontinuierlich, und SST kann die Energieeffizienz und Flexibilität verbessern.
VII. Die Rolle von IEE-Business
Bietet umfassende technische Unterstützung für SST, einschließlich Design, Simulation und Prototypenvalidierung.
Leitet Projekte wie ASSIST, um die Entwicklung der britischen Inlandsversorgungskette für Hochspannungs-Si-Bauteile zu fördern.
Besitzt Kernfähigkeiten, darunter Mehrzieloptimierung, fortschrittliche Verpackung und Wärmeabfuhr.
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