Tehokkaampia tehopiiritekniikoita

20.06.2019

Tokio-pii-tekniikka-edelleen-voimissaan-300.jpgOletus on ollut, että lähestymme piipohjaisen tehoelektroniikan suorituskykyrajoja. Tokion yliopisto kyseenalaisti tämän uskomuksen. He kehittivät IGBT-transistorin, joka toimii vain 5 voltin ohjausjännitteellä. Sellaisen ohjauspiirien tehonkulutus oli vain 10 % perinteisen 15 voltilla ohjattavan IGBT:n tasosta.

Tokion yliopiston johtama tutkimusryhmä on kehittänyt piitehotransistorin, joka osoittaa, että tehopiirien piitekniikkaa voidaan edelleen optimoida.

Tutkijat kehittivät uuden tason eristetyn portin bipolaaritransistorin (IGBT), jonka ohjausjännite on vain viisi volttia.

IGBT:n suunnittelussa tutkijat hyödynsivät perinteisen mikroelektroniikan skaalausta. Simulaatioista kävi ilmi, että IGBT:n osa-alueen pienentäminen kolmasosaan alkuperäisestä koosta voisi alentaa toimintajännitettä 15 voltista vain 5 volttiin ja siten vähentää merkittävästi piirin tarvitsemaa ohjaustehoa.

Tutkijat pelkäsivät kuitenkin, että 5 voltin ohjausjännite saattaa olla liian alhainen odottamattoman kohinatason ylittämiseksi ja luotettavan toiminnan varmistamiseksi.

Simulointitulosten tarkistamiseksi tutkijat valmistivat 3300 voltin IGBT:n Tokion yliopiston erikoistiloissa ja arvioivat sen suorituskykyä. Ja niissä osoittautui, että piiri saavutti vakaan kytkennän 5 voltin ohjausjännitteellä. Tämä on ensimmäinen kerta, kun IGBT-kytkentä on toteutettu 5 voltilla.

IGBT, jolla on vakaa suorituskyky vain 5 voltin ohjausjännitteellä, on erittäin houkutteleva koska ohjauspiirin tehonkulutus on vain noin 10 prosenttia siitä mitä se on tavanomaisella 15 voltin ohjauksilla.

Estonian Research Councilin tutkijaprofessori Dmitri Vinnikovin johtama tutkimusryhmä keskittyy puolestaan aurinkosähkön muunnoksen tutkimukseen.

Ihanteellisissa olosuhteissa mikä tahansa aurinkosähköjärjestelmä toimittaa kuluttajille sähköä ilman ongelmia. Valitettavasti näillä leveysasteilla ei ole ihanteellisia käyttöolosuhteita.

Tokio-TALLINNA-Optiver-muunnin-300-t.jpgTallinnan teknillisen yliopiston tehoelektroniikan tutkijat ovat ottaneet askeleita asian korjaamiseksi. He ovat kehittäneet hybriditeknologiaan perustuvan Optiverter-yksikön. Siinä yhdistyy aurinkosähkön optimoijien ja verkkokonverttereiden tärkeimmät edut.

Kehittyneen monimuoto-ohjauksen ja tarpeen mukaan muuttuvan tasavirtalinkin sekä vahvojakin varjoja sietävän MPPT-algoritmin ansiosta Optiverter varmistaa aurinkokennon tehokkaan energiantuotannon erilaisissa varjostusskenaarioissa.

Patentoidun monimuoto-ohjauksen ansiosta laitteen syöttöjännitealue on jopa kolme kertaa laajempi kuin kaupallisilla tuotteilla. Optiverter varmistaa myös moduulien maksimaalisen energiankeruun vaikka aurinkomoduuli olisi vahvankin varjon peittämä. Sellainen yleensä estää energiantuotannon tavanomaisilla aurinkokennojen mikroinverttereillä.

Optiverterin ensimmäinen prototyyppi luotiin jo vuonna 2016. Kolmen vuoden kattavan T&K-toiminnan jälkeen tutkimusryhmä suunnittelee yhteistyössä virolaisen Ubik Solutions OÜ:n kanssa lähitulevaisuudessa Optivertersin massatuotantoa. Optiverterin käyttöiäksi lasketaan 25 vuotta.

Aiheista aiemmin:

Edullisempi korkeajännitekytkin

Pienikokoisia aurinkokennoinverttereitä

17.10.2019Spin- ja varausvirran hallintaa
16.10.2019Spektrometriaa sirupiirillä
15.10.2019Uusia ulottuvuuksia printtielektroniikalle
14.10.2019Löytö energiatehokkaalle elektroniikalle
11.10.2019Pikotiedettä ja uusia materiaaleja
10.10.2019Lomittumista 50 kilometrissä valokuitua
09.10.2019Koneoppiminen etsii uusia materiaaleja
08.10.2019Parhaat kahdesta maailmasta: Magnetismi ja Weyl -puolimetallit
07.10.2019Tehokkaampaa energian keruuta IoT-antureille
04.10.2019Uusia kierrätyskelpoisia akkukonsepteja

Siirry arkistoon »