Onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) hebben een nieuw soort siliciumcarbide (SiC) component met een sperspanning van 10 kV met succes toegepast in een gelijkrichter voor middenspanning. De demonstrator zou in regeneratieve energiecentrales, die in het netwerk van de toekomst steeds belangrijker worden, kunnen worden gebruikt. Elektronische vermogensschakelingen voor de energietechniek worden dankzij de nieuwe componenten in de toekomst nog efficiënter.
Componenten van siliciumcarbide (SiC) maken de bouw van efficiënte en compacte systemen voor vermogenselektronica mogelijk. SiC-componenten met sperspanningen tot 1700 V zijn al een tijdje commercieel beschikbaar. Nu richt het onderzoek zich op SiC-halfgeleiders met nog hogere spanningen en kleinere schakelverliezen. De eerste prototypes van dergelijke componenten zijn ontwikkeld. De onderzoekers hebben in het verleden goede resultaten behaald bij het gebruik van siliciumcarbide halfgeleiders in de vermogenselektronica voor laagspanning.
Het was een consequente stap om deze 10 kV componenten voor middenspanning in te zetten. In het energienet van de toekomst zijn daarmee nieuwe vermogenselektronische systeemstructuren denkbaar bij de energieopwekking in grote regeneratieve elektrische centrales en bij energieoverdracht.
Vermogenselektronica
Fraunhofer ISE kon de eerste demonstrator met SiC-halfgeleiders voor de middenspanning in het kader van het project Supergrid ontwikkelen. De 30 kW gelijkrichter met een ingangsspanning van 3,5 kV en een uitgangsspanning van 8,5 kV haalde een rendement van 98,5%. De schakelfrequentie was daarbij vijftien keer hoger dan met de gebruikelijke siliciumcomponenten in dit spanningsgebied mogelijk was. De in de schakeling van de DC/DC-omvormer gebruikte siliciumcarbide halfgeleiders werden ontwikkeld door CREE, een van de leidende ondernemingen bij de ontwikkeling van SiC-halfgeleider componenten.
Met de nieuwe hoogspanningscomponenten kunnen in de vermogenselektronica niet alleen grote vermogens en compactere bouw met minder componenten worden verkregen. Ook kunnen in de toekomst nieuwe toepassingen in energietechniek of het railvervoer worden ontwikkeld. De onderzoekers hebben overigens nog een lange weg te gaan om met siliciumcarbide componenten seriematig gelijkrichters te ontwikkelen.
Bij de nieuwe hoogspanningscomponenten en de uitdagingen binnen de schakeltechniek lopen ze aan tegen de grenzen op het gebied van isolatie- en bouwtechniek, vooral bij de toekomstige nog hogere sperspanningen van de SiC-halfgeleiders. Toch achten ze dit het juiste moment om met deze veelbelovende componenten onderzoek op industriële basis voor de vermogenselektronica in energietechniek door te voeren.