Od raziskovanja do uporabe: Inovativni skok v razvoju tranzistorjev s čvrstim stanjem v Združenem kraljestvu

I. Pregled pevnostnih preoblikovalnikov (SST)

Pevnostni preoblikovalnik (SST) je napredna naprava za pretvorbo energije, ki združuje močne polprevodnike, visokofrekvenčne preoblikovalnike in regulacijske obročje.

V primerjavi z tradicionalnimi preoblikovalniki podpira SST pretvorbe AC/AC, AC/DC in DC/DC, in ima prednosti, kot so dvosmeren pretok energije, pametna regulacija in kompakten dizajn. Njegove glavne topologije vključujejo enoetapno, dvietetapno (z LVDC ali HVDC povezavo) in tritetapno strukturo, vsaka primerna za specifične uporabne scenarije.

II. Prednosti SST

• Kompaktna velikost in lahkota: Visokofrekvenčna delovanja zmanjšajo prostornino do 80 %.

• Visoka učinkovitost: Manj etap pretvorbe in podpora za neposredni DC priključek.

• Sopostavljivost z pametnimi omrežji: Omogoča časovno stvarno spremljanje, regulacijo napetosti, odpravljanje reaktivne moči in izolacijo napak.

• Integracija s proizvodnjo obnovljive energije in shranjevanjem energije: Neposredno poveže sončne, vetrenne in baterijske sisteme.

• Ustrezen za hitro rastuče trge: Kot so hitro nabiranje EV, podatkovni centri in železniški promet.

III. Uporabniška področja

• Električno omrežje: Povečuje prilagodljivost omrežja, podpira dvosmeren pretok energije in integrira distribuirane vire energije.

• Nabiranje električnih vozil (EV): Omogoča ultra-hitro nabiranje (350 kW+), funkcionalnost Vehicle-to-Grid (V2G) in neposredno povezovanje s proizvodnjo obnovljive energije.

• Železniški promet: Nadomešča tradicionalne trakcijske preoblikovalnike, zmanjša težo in izboljša učinkovitost.

• Podatkovni centri: Izboljša učinkovitost energije, zmanjša potrebo po hladilu in podpira integracijo obnovljive energije.

• Pomorski in letalski sektor: Spodbuja elektrifikacijo in zmanjša ogljične emisije.

IV. Tehnične izzive

• Visoka cena: Cena SST je 5–10-krat višja od cene tradicionalnih preoblikovalnikov.

• Težave z zanesljivostjo: Slaba odpornost na kratkoporo, polprevodniški elementi so občutljivi na napetostni stres.

• EMI motnje: Visokofrekvenčno preklopovanje povzroča elektromagnetne motnje, zahteva kompleksno filtriranje.

• Izolacija in toplotna upravljanje: Dejavnosti izolacijskih materialov pri visokih frekvencah še niso popolnoma ovladani.

• Vratna gonilna naprava in zaščita: Dizajn je kompleksen, zahteva izolacijo in visoko natančno regulacijo.

V. Tržne priložnosti v Združenem kraljestvu

• Modernizacija omrežja: V Združenem kraljestvu je približno 585.000 pretvorilnic, od tega 230.000 distribucijskih pretvorilnic, ki bi lahko izkoristile SST.

• Cilji obnovljive energije: Cilji za leto 2030 vključujejo 50 GW morskega vetra in 47 GW sončne energije.

• Infrastruktura za nabiranje EV: Predvideno je, da bo do leta 2030 potrebno 300.000 javnih nabiralnikov, in trg za ultra-hitro nabiranje ima ogromen potencial.

• Elektrifikacija železnice: Približno 2.880 dizelskih lokomotiv je treba nadomestiti, in potencial trga SST presega 30 milijonov funtov.

• Rast podatkovnih centrov: Potreba po energiji se nadalje povečuje, in SST lahko izboljša učinkovitost in prilagodljivost energije.

VII. Vloga CSA Catapult

• Ponuja celoven tehnični podporo za SST, vključno z dizajnom, simulacijo in preverjanjem prototipa.

• Vodi projekte, kot je ASSIST, za spodbujanje razvoja domače verige dobave visokonapetostnih Si naprav v Združenem kraljestvu.

• Obstaja osnovne sposobnosti, vključno z večciljnimi optimizacijami, naprednim pakiranjem in toplotnim upravljanjem.