Nguồn: ines-solaire.org
CEA tại INES đã sản xuất nguyên mẫu đầu tiên của bộ chuyển đổi quang điện 400W được làm bằng bóng bán dẫn GaN do các phòng thí nghiệm của CEA tại Leti phát triển.
Nó cung cấp mật độ công suất cao 1,1 kW / L và hiệu suất 97 phần trăm (so với 0. 3 kW / L và 95 phần trăm cho các công nghệ thông thường sử dụng các thành phần silicon).
Các tấm quang điện tạo ra dòng điện một chiều. Một biến tần là cần thiết để kết nối chúng với lưới điện, cung cấp dòng điện xoay chiều cho người tiêu dùng. Bước chuyển đổi này dẫn đến tổn thất năng lượng có thể được giảm thiểu với các thành phần mới.
Các nhà máy quang điện lớn gắn trên mặt đất cũng như các nhà máy lắp đặt trên các tòa nhà cấp ba hoặc công nghiệp được trang bị bộ biến tần "tập trung" hoặc "chuỗi" và được kết nối với lưới điện ba pha.
Đối với các hệ thống lắp đặt trong nước, mạng điện có sẵn là một pha và điện áp thấp. Các tấm quang điện lắp trên mái có khả năng bị che nắng nhiều hơn, dẫn đến thất thoát. Do đó, thật thú vị khi kết hợp một biến tần với mỗi bảng quang điện cho phép hoạt động độc lập giữa các mô-đun, năng suất đơn vị tối ưu và các hoạt động rất mô-đun (thay thế dễ dàng). Loại biến tần này, có công suất từ 200 đến 500 W, được gọi là biến tần vi mô. Nó được cài đặt ở mặt sau của mỗi bảng điều khiển.
Thiết bị này sử dụng các thành phần chính: chất bán dẫn công suất.
CEA tại INES đang phát triển các biến tần thế hệ mới để giảm chi phí, cải thiện hiệu suất năng lượng và hỗ trợ lưới điện. Sự nhỏ gọn của các đối tượng này cũng là một vấn đề nhằm kiểm soát tác động đến chi phí lắp đặt và bảo trì của các nhà máy điện, và giảm thiểu việc sử dụng vật liệu.
Nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào kiến trúc điện tử và sử dụng các chất bán dẫn "khoảng cách lớn" như silicon carbide (SiC) và gallium nitride (GaN), đặc biệt là những chất được phát triển trong phòng thí nghiệm CEA-LETI ở Grenoble.
Công nghệ GaN là một trong những công nghệ được gọi là "khoảng cách rộng" (chất bán dẫn băng thông rộng), nhằm đẩy giới hạn của chất bán dẫn công suất sử dụng silicon.
Nó cho phép thu nhỏ và tăng hiệu quả năng lượng trong khi giảm chi phí.
Các ngành công nghiệp quang điện và ô tô (với xe điện) là động lực tăng trưởng chính cho các bộ chuyển đổi mới dựa trên chất bán dẫn GaN hoặc SiC.
CEA-Leti có chất kết dính mới nhất (600V và 1200V) và công nghệ để sản xuất điốt GaN 600V và bóng bán dẫn công suất vượt trội hơn các sản phẩm tương đương silicon. Với công nghệ đồng phẳng này, có thể làm cho thành phần nguồn trở nên "thông minh hơn" với các chức năng bảo vệ (nhiệt độ, điện áp, dòng điện, v.v.) và điều khiển (trình điều khiển). Cũng có thể thiết kế bộ ngắt điện áp hai chiều mà hiện nay không tồn tại.
CEA tại INES đã xây dựng một băng đo đặc tính động nhiệt độ cao cho các bóng bán dẫn GaN mới này, cũng như nguyên mẫu đầu tiên của bộ chuyển đổi quang điện 400W sử dụng các bóng bán dẫn do Phòng Linh kiện của CEA Leti sản xuất. Bộ chuyển đổi nhỏ này bao gồm hai giai đoạn chuyển đổi:
- Giai đoạn DC / DC bao gồm 5 bóng bán dẫn 100V GaN
- Giai đoạn DC / AC bao gồm 4 bóng bán dẫn GaN 650V
Thế hệ bộ biến tần thứ hai được lên kế hoạch cho cuối năm 2022, sử dụng các bóng bán dẫn GaN được tối ưu hóa. Các kích thước biến tần khác cũng sẽ được nhắm mục tiêu để chứng minh khái niệm về công suất cao hơn.
Công nghệ này dự kiến sẽ tiếp cận thị trường vào 2025-2027. Trong thời gian chờ đợi, các nhà nghiên cứu tại CEA-Leti và CEA-Liten tại INES sẽ cải tiến công nghệ và phát triển một hệ thống điều khiển kỹ thuật số tích hợp. Nhóm nghiên cứu sẽ công bố các nguyên mẫu mới trong những năm tới.
Công trình này là chủ đề của các bằng sáng chế và một số bài báo và bài thuyết trình tại các hội nghị quốc tế (PCIM, EPE).
