Kilde: ines-solaire.org
CEA hos INES har produceret den første prototype af en 400W solcelle mikroinverter lavet med GaN-transistorer udviklet af CEA-laboratorierne i Leti.
Det tilbyder en høj effekttæthed på 1,1 kW / L og en effektivitet på 97% (sammenlignet med 0,3 kW / L og 95% for konventionelle teknologier, der bruger siliciumkomponenter).
Solcellepanelerne genererer en jævn elektrisk strøm. En inverter er nødvendig for at forbinde dem til elnettet, som giver en vekselstrøm til forbrugerne. Dette konverteringstrin fører til energitab, der kan minimeres med nye komponenter.
Store jordmonterede solcelleanlæg samt anlæg installeret på tertiære eller industrielle bygninger er udstyret med "centraliserede" eller "streng" invertere og forbundet til det trefasede elnet.
For husholdningsinstallationer er det tilgængelige elektriske netværk enfaset og lavspænding. Solcellepaneler installeret på tage er potentielt udsat for mere skygge, hvilket fører til tab. Derfor er det interessant at knytte en inverter til hvert solcellepanel, hvilket muliggør en uafhængig drift mellem moduler, et optimalt enhedsudbytte og meget modulære operationer (nem udskiftning). Denne type inverter, med en effekt på 200 til 500 W, kaldes mikroinverter. Den er installeret på bagsiden af hvert panel.
Dette udstyr bruger nøglekomponenter: effekthalvledere.
CEA hos INES udvikler ny generation af invertere for at reducere omkostningerne, forbedre den energimæssige ydeevne og understøtte elnettet. Kompaktiteten af disse objekter er også et problem for at kontrollere indvirkningen på installations- og vedligeholdelsesomkostningerne ved kraftværker og for at minimere brugen af materialer.
Vores forskning fokuserer på elektronisk arkitektur og bruger "large gap" halvledere som siliciumcarbid (SiC) og galliumnitrid (GaN), især dem, der er udviklet i CEA-LETI laboratorierne i Grenoble.
GaN-teknologi er en af de såkaldte "wide-gap" teknologier (bredbånd halvledere), som skubber grænserne for effekt halvledere ved hjælp af silicium.
Det giver mulighed for miniaturisering og øget energieffektivitet, samtidig med at omkostningerne reduceres.
Solcelle- og bilindustrien (med elektriske køretøjer) er de vigtigste vækstdrivere for disse nye konvertere baseret på GaN- eller SiC-halvledere.
CEA-Leti har state-of-the-art epitaksi (600V og 1200V) og teknologi til fremstilling af GaN 600V dioder og effekttransistorer, der overgår siliciumækvivalenter. Med denne coplanar-teknologi ville det være muligt at gøre strømkomponenten "smartere" med beskyttelsesfunktioner (temperatur, spænding, strøm osv.) Det er også muligt at designe tovejs spændingsafbrydere, som ikke findes på nuværende tidspunkt.
CEA hos INES har bygget en dynamisk karakteriseringsbænk ved høj temperatur til disse nye GaN-transistorer samt den første prototype af en 400W solcellemikroinverter ved hjælp af transistorerne fremstillet af CEA Letis komponentafdeling. Denne mikroinverter består af to konverteringsfaser:
- Et DC/DC-trin bestående af 5 GaN 100V transistorer
- Et DC/AC-trin bestående af 4 GaN 650V transistorer
En anden generation af mikroinvertere er planlagt til slutningen af 2022 ved hjælp af optimerede GaN-transistorer. Andre størrelser af invertere vil også blive målrettet for at bevise konceptet på højere magter.
Denne teknologi forventes at nå markedet inden 2025-2027. I mellemtiden vil forskere ved CEA-Leti og CEA-Liten ved INES forbedre teknologien og udvikle et integreret digitalt kontrolsystem. Teamet vil løfte sløret for nye prototyper i de kommende år.
Dette arbejde er genstand for patenter og flere artikler og præsentationer på internationale konferencer (PCIM, EPE).
