Inovované výkonové polovodiče sníží ztráty
foto: Hitachi Energy, se svolením/Laboratoř společnosti Pakal Technologies
Účinnější výkonové křemíkové polovodiče v Česku ušetří objem elektřiny odpovídající spotřebě středně velkého města nebo trvalému výkonu menší elektrárny.
Již od 80. let dvacátého století se používají – prakticky beze změn – vysokonapěťové křemíkové polovodiče IGBT prvky (Insulated Gate Bipolar Transistor). Jejich účinnost nikdo nezpochybňoval: ztráty se v průměru napříč aplikacemi pohybují okolo 1,5 procenta (tuto část elektrické energie IGBT prvky přemění na teplo). Mělo se zato, že kde je potřebná vyšší účinnost, tam je třeba nasadit výrazně dražší prvky na bázi karbidu křemíku.
Americký starup Pakal Technologies však přišel se zásadním vylepšením IGBT prvků, které umožnilo snížit ztráty až o třicent procent. Svou technologii označuje jako IGTO(t) – a staví ji na zásadní změně fyziky křemíkových součástek. Jde o kombinaci čtyřvrstvé tyristorové struktury, která přirozeně vykazuje nízké ztráty při vedení proudu, s hradlovým řízením známým z IGBT. Výsledkem je prvek, který si zachovává plnou řiditelnost tranzistoru, ale zároveň snižuje energetické ztráty v klíčovém provozním režimu.
Psali jsme
Solární výroba ve střední Evropě vzrostla během posledních pěti let z 5 TWh na 29 TWh; jde o nejvyšší tempo v celé EU, dvakrát rychlejší než…
Společnost Hitachi Energy právě oznámila, že ve spolupráci s Pakal Technologies integruje IGTO(t) do svých vysokonapěťových modulů. To je klíčové: nový prvek nevytváří oddělený technologický ekosystém, ale rozšiřuje stávající. Integrace do portfolia vysokonapěťových modulů společnosti Hitachi Energy umožní využití v existujících projektech, kde je prostor pro zlepšení účinnosti bez zásahu do celé infrastruktury.
Přes výkonovou elektroniku projde třetina elektřiny
Využití inovovaných modulů Hitachi Energy přinese obrovské energetické úspory, protože přes ně prochází nepředstavitelný výkon. Ročně se v Česku vyrobí zhruba 80 terawatthodin elektřiny a odhadem třetina z ní prochází přes výkonovou elektroniku. Při typických ztrátách kolem 1,5 procenta se tak v Česku každoročně přemění na teplo přibližně 0,4 terawatthodiny energie. Pokud by se tyto ztráty snížily o třetinu, znamenalo by to úsporu zhruba 0,15 terawatthodiny ročně, tedy objem odpovídající roční spotřebě přibližně 50 až 60 tisíc obyvatel. V přepočtu na výkon při nepřetržitém provozu jde o 17 MW – což odpovídá výkonu menší elektrárny.
A to jsou jenom úspory na přímých ztrátách energie. Na to se pak nabalují nepřímé úspory: ztrátové teplo se musí odvádět a chlazení je energeticky velmi náročné.
Výkonové polovodiče zůstávají skrytou vrstvou energetiky, ale právě na nich se rozhoduje, kolik energie se skutečně dostane ke spotřebě. S rostoucí elektrifikací se jejich role zvětšuje: malé rozdíly v účinnosti se kumulují v celém systému a určují jeho reálnou kapacitu. Je tak potřeba dostat inovované moduly, které společnosti Hitachi Energy a Pakal Technologies společně vyvíjejí, co nejdřív na trh.