Nowy moduł z węglika krzemu odpowiedzią na rosnące zapotrzebowanie energetyczne
W obliczu globalnego wzrostu zapotrzebowania na energię, napędzanego m.in. przez rozwój centrów danych oraz sztucznej inteligencji, amerykańskie laboratorium National Renewable Energy Laboratory (NREL) opracowało innowacyjny moduł mocy oparty na technologii węglika krzemu. Rozwiązanie, nazwane Ultra-Low Inductance Smart power module (ULIS), wyróżnia się rekordową gęstością energii, wysoką sprawnością oraz niskimi kosztami produkcji.
Kluczowe cechy i innowacje ULIS
Moduł ULIS, zbudowany na bazie półprzewodników z węglika krzemu, osiąga pięciokrotnie większą gęstość energii niż poprzednie konstrukcje przy jednoczesnym zmniejszeniu rozmiaru. Urządzenie może pracować z napięciem 1200 V i prądem 400 A, co czyni je odpowiednim do zastosowań w centrach danych, sieciach energetycznych, mikroreaktorach oraz pojazdach ciężkich, w tym lotnictwie i pojazdach wojskowych.
Najważniejszą cechą ULIS jest bardzo niska indukcyjność pasożytnicza – choćby siedem do dziewięciu razy niższa niż w obecnych komercyjnych modułach z węglika krzemu. Przekłada się to na ultraszybkie i ultraefektywne przełączanie prądu, co pozwala maksymalnie wykorzystać dostarczaną energię.
„Uważamy ULIS za prawdziwy przełom. To przyszłościowy, ultraszybki moduł mocy, który sprawi, iż następna generacja przetwornic będzie tańsza, wydajniejsza i bardziej kompaktowa.” – Faisal Khan, główny badacz ds. magazynowania energii w NREL
Nowatorska konstrukcja i materiały
Moduł ULIS wyróżnia się płaską, ośmiokątną konstrukcją, dzięki której więcej urządzeń mieści się na mniejszej powierzchni. Nowatorskie prowadzenie prądów pozwala na maksymalną kompensację strumieni magnetycznych, co przekłada się na wysoką sprawność.
„Naszym największym wyzwaniem było zapewnienie szybkiego przełączania bez tworzenia wąskich gardeł w układzie.” – Shuofeng Zhao, badacz elektroniki mocy w NREL
ULIS korzysta z giętkiego polimeru Temprion do łączenia miedzi, co umożliwia uzyskanie cieńszej i lżejszej konstrukcji oraz obniża koszty produkcji do setek dolarów, zamiast tysięcy.
Bezprzewodowa komunikacja i skalowalność
Kolejnym przełomem jest możliwość pracy modułu jako jednostki bezprzewodowej, co ułatwia integrację z różnymi systemami – od serwerów po zaawansowane pojazdy. Rozwiązanie zostało zaprojektowane z myślą o przyszłości i może być dostosowane do nowych typów półprzewodników, takich jak azotek galu czy tlenek galu.
Zastosowania i potencjał rynkowy ULIS
- Modernizacja sieci energetycznych: ULIS umożliwia szybszą i bardziej efektywną konwersję energii, minimalizując straty i koszty utrzymania.
- Zaawansowane lotnictwo: Moduł pozwala na budowę lżejszych i wydajniejszych przetwornic energii, co może przyczynić się do rozwoju nowych technologii, takich jak elektryczne pionowzloty (eVTOL).
- Zasilanie miast i centrów danych: ULIS może znaleźć zastosowanie w przyszłych reaktorach fuzyjnych i innych instalacjach wymagających wydajnych, kompaktowych źródeł energii.
Rozwiązanie jest już dostępne do licencjonowania przez zainteresowane podmioty.
Źródło: NREL
