Fonte: ines-solaire.org
O CEA do INES produziu o primeiro protótipo de um microinverter fotovoltaico de 400W feito com transistores GaN desenvolvidos pelos laboratórios CEA em Leti.
Oferece uma alta densidade de energia de 1,1 kW/L e uma eficiência de 97% (em comparação com 0,3 kW/L e 95% para tecnologias convencionais usando componentes de silício).
Os painéis fotovoltaicos geram uma corrente elétrica direta. Um inversor é necessário para conectá-los à rede elétrica, o que proporciona uma corrente alternada aos consumidores. Esta etapa de conversão leva a perdas de energia que podem ser minimizadas com novos componentes.
Grandes usinas fotovoltaicas montadas no solo, bem como plantas instaladas em edifícios terciários ou industriais são equipadas com inversores "centralizados" ou "string" e conectadas à rede elétrica trifásica.
Para instalações domésticas, a rede elétrica disponível é de fase única e baixa tensão. Painéis fotovoltaicos instalados em telhados estão potencialmente sujeitos a mais sombreamento, levando a perdas. Portanto, é interessante associar um inversor a cada painel fotovoltaico permitindo uma operação independente entre módulos, um rendimento de unidade ideal e operações muito modulares (fácil substituição). Este tipo de inversor, com potência de 200 a 500 W, é chamado de micro-inversor. É instalado na parte de trás de cada painel.
Este equipamento usa componentes-chave: semicondutores de energia.
O CEA do INES está desenvolvendo inversores de nova geração para reduzir custos, melhorar o desempenho energético e apoiar a rede elétrica. A compactação desses objetos também é um problema para controlar o impacto sobre os custos de instalação e manutenção das usinas, e minimizar o uso de materiais.
Nossa pesquisa se concentra na arquitetura eletrônica e utiliza semicondutores de "grande lacuna", como carboneto de silício (SiC) e nitreto de gálio (GaN), em particular aqueles desenvolvidos nos laboratórios CEA-LETI em Grenoble.
A tecnologia GaN é uma das chamadas tecnologias de "lacuna larga" (semicondutores de banda larga), que empurram os limites dos semicondutores de energia usando silício.
Permite a miniaturização e o aumento da eficiência energética, reduzindo custos.
As indústrias fotovoltaica e automotiva (com veículos elétricos) são os principais impulsionadores de crescimento desses novos conversores baseados em semicondutores GaN ou SiC.
O CEA-Leti possui e epitaxia de última geração (600V e 1200V) e tecnologia para produzir diodos GaN 600V e transistores de energia que superam os equivalentes de silício. Com esta tecnologia grosseira, seria possível tornar o componente de energia "mais inteligente" com funções de proteção (temperatura, tensão, corrente, etc.) e controle (driver). Também é possível projetar interrupdores de tensão bidirecional que não existem no momento.
O CEA do INES construiu um banco de caracterização dinâmica de alta temperatura para esses novos transistores GaN, bem como o primeiro protótipo de um microinverter fotovoltaico de 400W usando os transistores feitos pelo Departamento de Componentes da CEA Leti. Este microinverter consiste em dois estágios de conversão:
- Um estágio DC/DC composto por transistores GaN 100V
- Um estágio DC/AC composto por transistores GaN 650V
Uma segunda geração de microinverters está prevista para o final de 2022, utilizando transistores GaN otimizados. Outros tamanhos de inversores também serão visados para provar o conceito sobre potências superiores.
Espera-se que essa tecnologia chegue ao mercado em 2025-2027. Enquanto isso, pesquisadores do CEA-Leti e do CEA-Liten do INES melhorarão a tecnologia e desenvolverão um sistema integrado de controle digital. A equipe revelará novos protótipos nos próximos anos.
Este trabalho é objeto de patentes e diversos artigos e apresentações em conferências internacionais (PCIM, EPE).
