Un grupo de investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE, en Alemania, ha desarrollado y puesto en marcha un inversor altamente compacto para la alimentación directa a la red de media tensión. Esta investigación se enmarca en el proyecto SiC-MSBat: inversores de media tensión con módulos de potencia de SiC de alta tensión para redes de distribución de servicio y almacenamiento a gran escala.
El proyecto ha aplicado nuevos tipos de transistores de carburo de silicio (SiC) con voltajes de bloqueo muy altos, que permiten conectar los inversores directamente a la red de media tensión, los cuales pueden asumir tareas de estabilización de red y actuar como filtros de potencia activa para compensar armónicos en la red de media tensión.
Además, los inversores de SiC pueden alcanzar densidades de potencia mucho más altas que los inversores convencionales. Su diseño compacto permite su instalación en las plantas que se van a construir en áreas del centro de la ciudad o las plantas antiguas existentes que se van a adaptar.
Como parte del proyecto, se desarrolló una pila de inversores de 250 kW para alimentar redes de CA de 3 kV. Para ello, se utilizaron los nuevos transistores SiC de 3,3 kV, que tienen unas pérdidas de potencia significativamente menores que los transistores de silicio comparables. Esto hace posible operar la pila de inversores con una frecuencia de conmutación de 16 kHz.
Con los transistores de silicio de última generación solo son posibles unas frecuencias de conmutación 10 veces más bajas en esta clase de voltaje. La alta frecuencia de conmutación proporciona ahorros en los componentes pasivos, ya que estos se pueden dimensionar en un formato más pequeño.
Refrigeración del inversor
Otra característica especial del inversor es su refrigeración líquida activa con un éster sintético. Este medio se bombea a través del inversor y enfría tanto los transistores a través de un disipador de calor líquido como los estranguladores de filtro, que se encuentran en un tanque cerrado. Al mismo tiempo, el medio refrigerante de las bobinas de filtro sirve como medio de aislamiento eléctrico, lo que permite que las bobinas de filtro se hagan aún más compactas.
El inversor fue construido y probado en los laboratorios de Fraunhofer ISE, logrando una tasa de eficiencia muy alta del 98,4% a la potencia nominal. El diseño del dispositivo permite la interconexión modular de múltiples pilas de inversores para lograr salidas del sistema de varios megavatios. Teniendo en cuenta el espacio de instalación adicional para la aparamenta y la unidad de refrigeración, se puede lograr un ahorro de volumen del sistema inversor de hasta un 40%, en comparación con los sistemas inversores comerciales de esta clase de voltaje.
En cuanto a sus aplicaciones, los investigadores consideran que puede utilizarse en grandes plantas de energía fotovoltaica, además de las centrales eléctricas regenerativas y los grandes sistemas de almacenamiento de baterías, otras áreas de aplicación de la electrónica de potencia de voltaje medio incluyen los sistemas de accionamiento y la tecnología ferroviaria.
El proyecto fue financiado por el Ministerio Federal de Economía y Energía de Alemania (BMWi) como parte del 6º Programa de Investigación de Energía en la subzona «Integración de Energías Renovables y Sistemas de Suministro de Energía Regenerativa». Los socios del proyecto fueron Semikron Elektronik GmbH & Co. KG y STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH. Semikron fue responsable del desarrollo de los módulos de 3.3 kV SiC en el proyecto, y STS fue el principal responsable de los componentes inductivos.