Dari Penelitian hingga Penerapan: Lompatan Inovasi dalam Pengembangan Trafo Padat di UK

I. Tinjauan Umum tentang Solid-State Transformers (SST)

Solid-State Transformer (SST) adalah perangkat konversi daya canggih yang mengintegrasikan semikonduktor daya, transformator frekuensi tinggi, dan sirkuit kontrol.

Dibandingkan dengan transformator tradisional, SST mendukung konversi AC/AC, AC/DC, dan DC/DC, dan memiliki keunggulan seperti aliran daya dua arah, kontrol cerdas, dan desain yang ringkas. Topologi utamanya termasuk struktur satu tahap, dua tahap (dengan tautan LVDC atau HVDC), dan tiga tahap, masing-masing cocok untuk skenario aplikasi tertentu.

II. Keunggulan SST

• Ukuran kompak dan berat ringan: Operasi frekuensi tinggi mengurangi volume hingga 80%.

• Efisiensi tinggi: Tahap konversi lebih sedikit dan mendukung koneksi DC langsung.

• Kompatibilitas dengan jaringan pintar: Memungkinkan pemantauan real-time, regulasi tegangan, kompensasi daya reaktif, dan isolasi gangguan.

• Integrasi dengan energi terbarukan dan penyimpanan energi: Terhubung langsung dengan sistem surya, angin, dan baterai.

• Cocok untuk pasar pertumbuhan tinggi: Seperti pengisian cepat EV, pusat data, dan transportasi rel.

III. Bidang Aplikasi

• Jaringan Listrik: Meningkatkan fleksibilitas jaringan, mendukung aliran daya dua arah, dan mengintegrasikan sumber energi terdistribusi.

• Pengisian Kendaraan Listrik (EV): Memungkinkan pengisian ultra-cepat (350kW+), fungsi Vehicle-to-Grid (V2G), dan integrasi langsung energi terbarukan.

• Transportasi Rel: Menggantikan transformator traksi tradisional, mengurangi berat, dan meningkatkan efisiensi.

• Pusat Data: Meningkatkan efisiensi energi, mengurangi kebutuhan pendinginan, dan mendukung integrasi energi terbarukan.

• Maritim dan Penerbangan: Mendorong transformasi elektrifikasi dan mengurangi emisi karbon.

IV. Tantangan Teknis

• Biaya Tinggi: Biaya SST 5–10 kali lebih mahal dibandingkan transformator tradisional.

• Masalah Keandalan: Kapasitas tahanan pendek lemah, dan perangkat semikonduktor rentan terhadap stres tegangan.

• Gangguan EMI: Penyakitan frekuensi tinggi menyebabkan gangguan elektromagnetik, memerlukan desain filter yang kompleks.

• Isolasi dan Manajemen Termal: Kinerja material isolasi pada frekuensi tinggi belum sepenuhnya dikuasai.

• Penggerak Gerbang dan Perlindungan: Desainnya kompleks, memerlukan isolasi dan kontrol presisi tinggi.

V. Peluang Pasar di Inggris

• Modernisasi Jaringan: Inggris memiliki sekitar 585.000 substasiun, di mana 230.000 substasiun distribusi dapat memanfaatkan SST.

• Target Energi Terbarukan: Target 2030 mencakup 50GW tenaga angin laut dan 47GW tenaga surya.

• Infrastruktur Pengisian EV: Diperkirakan 300.000 tiang pengisian umum akan dibutuhkan pada 2030, dan pasar pengisian ultra-cepat memiliki potensi besar.

• Elektrifikasi Rel: Sekitar 2.880 lokomotif diesel akan diganti, dan potensi pasar SST melebihi £30 juta.

• Pertumbuhan Pusat Data: Permintaan daya terus meningkat, dan SST dapat meningkatkan efisiensi energi dan fleksibilitas.

VII. Peran CSA Catapult

• Memberikan dukungan teknis penuh rantai untuk SST, termasuk desain, simulasi, dan verifikasi prototipe.

• Memimpin proyek seperti ASSIST untuk mempromosikan pengembangan rantai pasokan perangkat Si tekanan tinggi domestik Inggris.

• Memiliki kemampuan inti termasuk optimasi multi-objektif, kemasan lanjutan, dan manajemen termal.