Kilde: ines-solaire.org
CEA ved INES har produsert den første prototypen av en 400W fotovoltaisk mikroinverter laget med GaN-transistorer utviklet av CEA-laboratoriene på Leti.
Den tilbyr en høy effekttetthet på 1,1 kW/L og en effektivitet på 97 prosent (sammenlignet med 0,3 kW/L og 95 prosent for konvensjonelle teknologier som bruker silisiumkomponenter).
De solcellepanelene genererer en likestrøm. En omformer er nødvendig for å koble dem til det elektriske nettet, som gir en vekselstrøm til forbrukerne. Dette konverteringstrinnet fører til energitap som kan minimeres med nye komponenter.
Store bakkemonterte solcelleanlegg samt anlegg installert på tertiær- eller industribygg er utstyrt med "sentraliserte" eller "streng"-omformere og koblet til det trefasede elektriske nettet.
For boliginstallasjoner er det tilgjengelige elektriske nettverket enfaset og lavspenning. Solcellepaneler installert på tak er potensielt utsatt for mer skyggelegging, noe som fører til tap. Derfor er det interessant å knytte en vekselretter til hvert solcellepanel som muliggjør en uavhengig drift mellom moduler, en optimal enhetsutbytte og svært modulære operasjoner (enkel utskifting). Denne typen inverter, med en effekt på 200 til 500 W, kalles mikro-inverter. Den er installert på baksiden av hvert panel.
Dette utstyret bruker nøkkelkomponenter: krafthalvledere.
CEA ved INES utvikler ny generasjon omformere for å redusere kostnadene, forbedre energiytelsen og støtte strømnettet. Kompaktheten til disse objektene er også et problem for å kontrollere innvirkningen på installasjons- og vedlikeholdskostnadene til kraftverk, og for å minimere materialbruken.
Vår forskning fokuserer på elektronisk arkitektur og bruker "large gap" halvledere som silisiumkarbid (SiC) og galliumnitrid (GaN), spesielt de som er utviklet i CEA-LETI-laboratoriene i Grenoble.
GaN-teknologi er en av de såkalte "wide-gap"-teknologiene (bredbåndshalvledere), som presser grensene for krafthalvledere som bruker silisium.
Det gir mulighet for miniatyrisering og økt energieffektivitet samtidig som kostnadene reduseres.
Solcelle- og bilindustrien (med elektriske kjøretøy) er de viktigste vekstdriverne for disse nye omformerne basert på GaN- eller SiC-halvledere.
CEA-Leti har state-of-the-art epitaksi (600V og 1200V) og teknologi for å produsere GaN 600V dioder og krafttransistorer som overgår silisiumekvivalenter. Med denne koplanare teknologien ville det vært mulig å gjøre strømkomponenten "smartere" med beskyttelse (temperatur, spenning, strøm osv.) og kontroll (driver) funksjoner. Det er også mulig å designe toveis spenningsavbrytere som ikke eksisterer i dag.
CEA ved INES har bygget en høytemperatur dynamisk karakteriseringsbenk for disse nye GaN-transistorene, i tillegg til den første prototypen av en 400W fotovoltaisk mikroinverter som bruker transistorene laget av CEA Letis komponentavdeling. Denne mikroinverteren består av to konverteringstrinn:
- Et DC/DC trinn bestående av 5 GaN 100V transistorer
- Et DC/AC-trinn bestående av 4 GaN 650V transistorer
En andre generasjon mikroinvertere er planlagt i slutten av 2022, ved bruk av optimaliserte GaN-transistorer. Andre størrelser av omformere vil også bli målrettet for å bevise konseptet på høyere krefter.
Denne teknologien forventes å nå markedet innen 2025-2027. I mellomtiden vil forskere ved CEA-Leti og CEA-Liten ved INES forbedre teknologien og utvikle et integrert digitalt kontrollsystem. Teamet vil avduke nye prototyper i årene som kommer.
Dette arbeidet er gjenstand for patenter og flere artikler og presentasjoner på internasjonale konferanser (PCIM, EPE).
