Implementacija-solid state transformatora ubrzava se kako Kina postiže napredak u KV-klasi SiC energetskih uređaja

U Kini su nedavno najavljena dva velika napretka u polju -pojasnih poluvodiča: 15 kV dvosmjerni-blokirajući SiC energetski uređaj koji je razvio tim dr. Xing Huanga u Pinejadeu i 10 kV SiC MOSFET koji su zajednički objavili Zhanxin Electronics i Sveučilište Zhejiang.
Ova postignuća označavaju ulazak Kine u vodeću međunarodnu razinu kV-klase SiC tehnologije i očekuje se da će značajno ubrzati komercijalizaciju polu{1}}transformatora (SST) u pametnim mrežama, podatkovnim centrima umjetne inteligencije i sustavima obnovljive energije.

 

Razbijanje tehničkog uskog grla visoko{0}}naponskih SST-ova

Kao oprema sljedeće-generacije za buduće energetske sustave, SST obećavaju visoku učinkovitost, kompaktnu veličinu i fleksibilno upravljanje energijom. Međutim, njihova je industrijalizacija dugo bila ograničena ograničenjima performansi visoko{2}}naponskih uređaja.
Tradicionalni silikonski IGBT ne mogu ispuniti SST zahtjeve za visoki napon, visoku frekvenciju prebacivanja i male gubitke. SiC, s deset puta većom jakošću probojnog polja od silicija i inherentno manjim gubicima preklapanja i provođenja, pokazao se kao idealan materijal za kV-klasu visoko-naponskih aplikacija.

Nedavna otkrića u 10–15 kV SiC uređajima značajno poboljšavaju učinkovitost SST-a, pojednostavljuju arhitekturu sustava i smanjuju troškove-postavljajući temelj za-uvođenje SST-a srednjeg napona.

 

15 kV dvosmjerni-blokirajući SiC uređaj pojednostavljuje topologije srednjeg{2}}napona

 

Novi uređaj od 15 kV-s pravom dvosmjernom sposobnošću blokiranja i probojnim naponom od 15 kV-može se izravno povezati s mrežama srednjeg{4}}napona bez više-stupanjskog kaskadiranja, smanjujući razine SST kaskadiranja za više od 80%.

Novi dvosmjerni dizajn terminala, u kombinaciji s opsežnim studijama ponašanja kratkog-spoja, lavinskog kvara i visoke-temperaturnog starenja, omogućuje potpunu karakterizaciju pouzdanosti i podržava zahtjevne scenarije kao što su izolacija istosmjernog kvara i HVDC sustavi.

 

10 kV SiC MOSFET: velika površina čipa, velika struja i spreman za masovnu-proizvodnju

 

Uređaj koristi visoko{0}}energetsku ionsku implantaciju i uski JFET dizajn za rješavanje inherentnog kompromisa-između visokog napona i niskog otpora, dok optimizirane terminalne strukture poboljšavaju prinos za velike-čipove.

 

Omogućivanje nadogradnji u pametnim mrežama, podatkovnim centrima AI i obnovljivim izvorima energije

Očekuje se da će sazrijevanje kV-klase SiC energetskih uređaja ubrzati usvajanje SST-a u više sektora:

Pametne mreže

SST-ovi koji koriste srednje{0}}naponske SiC uređaje omogućuju učinkovitu pretvorbu AC–visoka-frekvencija–DC, poboljšavajući fleksibilnost mreže i integraciju distribuirane energije.

AI podatkovni centri

kV-SiC uređaji klase čine srednje{1}}naponske izravne arhitekture izvedivim.

Gustoća snage jednog-stalka može doseći 1 MW.

PUE može pasti ispod 1,1.

Godišnje uštede energije za hiperrazmjerne podatkovne centre mogu doseći desetke milijuna kWh.

Obnovljiva energija

Zahvaljujući performansama visoke-frekventnosti:

PV pretvarači i pretvarači vjetra mogu smanjiti veličinu filtra za 50%.

trošak sustava smanjuje se za ~20%;

Pouzdanost se poboljšava u teškim uvjetima okoline.

 

Outlook: viši napon, niža cijena i šira implementacija

Očekuje se da će se uređaji SiC kV-klase razvijati prema:

viši probojni naponi (15 kV+), veće nazivne struje i niži gubici kroz-vrata i napredne tehnologije pakiranja;

niža cijena putem 8-inčnih SiC pločica i poboljšanja prinosa;

dublja integracija sa SST-ovima kako bi se omogućile inovativne topologije za pametne mreže, računalne klastere umjetne inteligencije i baze obnovljive energije.

Ova otkrića pokazuju snažan zamah u kineskom -naponskom SiC ekosustavu i signaliziraju kritičan prozor za brzu SST industrijalizaciju.