Un consorcio alemán encabezado por el Instituto Fraunhofer de Economía Energética y Tecnología de Sistemas Energéticos (Fraunhofer IEE) está trabajando en el proyecto GaN-High Power, en el que se están desarrollando y probando en la práctica nuevas tecnologías para su uso en inversores fotovoltaicos de próxima generación.
Los investigadores están trabajando en soluciones técnicas que, además de inyectar la electricidad generada en la red europea, también permitan que los sistemas fotovoltaicos contribuyan activamente a la estabilización de la red. Para ello, cuentan con el apoyo del Ministerio Federal de Economía y Protección del Clima que financia los trabajos con alrededor de 3,8 millones de euros.
SMA Solar Technology, uno de los principales fabricantes mundiales de inversores fotovoltaicos y de baterías y especialista en soluciones de sistemas fotovoltaicos, representa la tecnología de inversores en el consorcio desde el punto de vista del fabricante. "El objetivo del proyecto de investigación conjunto GaN-HighPower es preparar la próxima generación de convertidores rentables, eficientes y que ahorran recursos para aplicaciones fotovoltaicas. La atención se centra en los inversores de cadena de alto rendimiento", dice Klaus Rigbers, responsable de electrónica de potencia en el Innovation Center de SMA. "En este proyecto, se investigará y probará el uso de las últimas tecnologías para inversores fotovoltaicos con el fin de permitir la reducción de costes y peso manteniendo una eficiencia muy alta".
Infineon Technologies contribuye con una de estas nuevas tecnologías . Para ello, se están investigando por primera vez semiconductores basados en nitruro de galio (GaN) para aplicaciones de alta potencia, como se requiere en los inversores fotovoltaicos. “Hasta ahora, la aplicación de la tecnología GaN se ha limitado a rangos de potencia significativamente más pequeños. Ya se ha demostrado allí que los semiconductores de GaN permiten procesos de conmutación aún más rápidos en comparación con la tecnología de carburo de silicio (SiC) y aún más en comparación con los componentes clásicos de silicio (Si). El proyecto tiene como objetivo investigar hasta qué punto se pueden expandir los límites anteriores de la tecnología GaN", explica Peter Friedrichs, vicepresidente de la División de Control de Energía Industrial de Infineon.
Vacuum Schmelze complementa estos semiconductores rápidos y eficientes con componentes magnéticos optimizados y sensores de corriente, lo que contribuirá significativamente a la reducción de peso. Simon Sawatzki, responsable del desarrollo de componentes inductivos en VAC, señala que "se logra una reducción exitosa en el peso y el volumen a través de inductancias acopladas innovadoras hechas de núcleos toroidales nanocristalinos de baja permeabilidad, que son significativamente más compactos y tienen menos pérdidas que las soluciones convencionales. Otro aspecto es el desarrollo de sensores de corriente de bucle cerrado de banda ancha, que también miden de forma fiable la corriente en el rango de alta frecuencia de los semiconductores de GaN.”
Desde la Universidad de Ciencias Aplicadas de Colonia se proporcionan los fundamentos teóricos de los nuevos componentes magnéticos. Un punto de referencia con las tecnologías existentes debería validar los beneficios esperados. "Los materiales de tiras magnéticas blandas más desarrollados en nuevos arreglos acoplados inductivamente son la clave para la reducción de peso en el rango de potencia de frecuencia objetivo", dice Christian Dick, jefe del Laboratorio de Electrónica de Potencia y Accionamientos Eléctricos.
La Universidad de Ciencias Aplicadas de Bonn-Rhein-Sieg es la encargada dentro del consorcio de evaluar las opciones disponibles para desarrollar el hardware y preparar la integración de los nuevos componentes en un demostrador de tecnología. El profesor Marco Jung, quien ocupa la cátedra de electromovilidad e infraestructura eléctrica con un enfoque en la electrónica de potencia y dirige el departamento de convertidores y sistemas de accionamiento eléctrico en Fraunhofer IEE, dice: “Desarrollar una electrónica de control funcional para los semiconductores de GaN de conmutación rápida es un gran desafío".
El director de esta 'orquesta' es Sebastian Sprunck, director del Grupo de Componentes y Sistemas de Medición de Fraunhofer IEE y coordinador del proyecto. "La tarea de Fraunhofer IEE es examinar los componentes recientemente desarrollados y hacer que su funcionamiento sea lo más eficiente posible. Con estos nuevos componentes, se instala un demostrador de tecnología en nuestros laboratorios, en el que se validan la función de las nuevas tecnologías y la reducción de peso deseada en el uso práctico y se derivan pasos adicionales para optimizar el sistema".
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