Инновационный инвертор для рынка фотовольтаики

18.11.14 09:54

Одной из таких привлекающих внимание разработок, несомненно, можно назвать солнечный инвертор, представленный на выставке Open Innovations Expo, состоявшейся в Москве в рамках форума «Открытые инновации 2014». 

Солнечный инвертор — совместная разработка Центра нанотехнологий и наноматериалов Республики Мордовия (ЦНН) и Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева (г. Саранск). Устройство позволяет конвертировать маловольтажный постоянный ток от солнечных батарей в привычный вид — переменный ток напряжением 220 В или 380 В, применимый в быту или промышленности.

Большинство существующих сегодня на рынке инверторов созданы с применением кремниевых IGBT транзисторов и прочей кремниевой компонентной базы. Отличие данного инвертора в том, что в его конструкции используются карбид-кремниевые (SiC) диоды и транзисторы. Использование таких инновационных компонентов позволило переработать конструкцию устройства и добиться существенного улучшения его характеристик. Так удалось сократить массу инвертора в среднем в семь раз. При равной мощности с кремниевым инвертором устройство имеет куда более компактные габариты (к примеру, 9х19х22 см вместо 13х28х33 см при массе 1,5 кг против 17 кг). При этом возрастает такой важный для потребителя показатель как надежность прибора, а энергетические потери при преобразовании тока, наоборот, снижаются по сравнению с кремниевой технологией в два раза (КПД достигает 98%).

«По объемным показателям соотношения мощности, воплощенной в определенном объеме, наши разработки несколько превзошли результаты одного из ведущих в мире центров компетенций по силовой электронике в США», — отмечает Андрей Титаренко, менеджер проектов Центра нанотехнологий и наноматериалов Республики Мордовия.

 

Инвертор преобразует маловольтажный постоянный ток от солнечных батарей, обеспечивая лодку энергией

 

Всего десять лет назад коммерчески доступных диодов и транзисторов на карбиде кремния в мире не было. Сейчас в Мордовии используют компоненты компании Cree (США). В дальнейшем, при развитии данного направления в России, возможен переход на отечественную компонентную базу.

На сегодняшний день солнечный инвертор находится на стадии прототипа. Правда, его свойства уже удалось проверить на практике, причем в весьма нестандартных условиях — на «Солнечной регате 2014» — российских соревнованиях судов на солнечной энергии. Здесь лодка команды ЦНН и МГУ им. Н.П. Огарева стала победителем в номинации «Лучший инновационный проект» за использование самого энергоэффективного «сердца» лодки — инвертора на карбиде кремния. Ребята были единственными, кто собрал прибор собственноручно, а не использовал покупной.

 

Андрей Титаренко, менеджер проектов ЦНН Республики Мордовия, демонстрирует инвертор Анатолию Чубайсу, главе РОСНАНО, на Open Innovations Expo

 

«По оценкам компаний-дистрибьюторов солнечного оборудования у инвертора высокие шансы выйти на рынок даже в частном сегменте, — делится наблюдениями Андрей Титаренко. — К тому же мы знаем, что в России до 2017 г. планируется строительство солнечных электростанций в разных регионах единичной мощностью 5 до 20 МВт, в общей сложности они дадут прирост солнечной энергетике на 400 МВт. Даже если поставлять только 10 % инверторов, необходимых для этого направления, то это уже оборот около 150 – 200 млн руб.».

Разработанная технология позволяет выпускать приборы разной мощности, сейчас для создателей инвертора главное — определиться с рынком сбыта. Центр нанотехнологий и наноматериалов Республики Мордовия ведет переговоры с компаниями, которые занимаются выпуском солнечных батарей в России. Пока они закупают сопутствующее оборудование за рубежом, однако готовы испытать и отечественные варианты. Предполагается, что первые промышленные образцы мордовского инвертора появятся в ближайшие полгода.

«В настоящий момент, наши специалисты готовят третий прототип солнечного инвертора, который мы собираемся произвести на промышленной площадке одного из саранских предприятий, — делится планами генеральный директор мордовского наноцентра Дмитрий Крахин. — Кроме того, идет работа над промышленным дизайном нового устройства, который будет воплощен в будущем серийном преобразователе солнечной энергии. В перспективе, Центр нанотехнологий и наноматериалов Республики Мордовия планирует открытие производства российских инверторов, не уступающих по своим характеристикам мировым брендам».

Стоит отметить, что инвертор на карбиде кремния может быть востребован не только в энергетике, но и в военной сфере, робототехнике, авиационной промышленности и создании беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Дело в том, что для подобных спецприменений малый вес и габариты, отличающие мордовский инвертор, особенно критичны.

«Если на сегодняшний день кремниевые инверторы 5 кВт весят порядка 25 кг, то переход на карбид кремния позволяет сократить массу до 3 кг, — поясняет Дмитрий Крахин. — В ближайшие годы компания Google планирует запустить в разных уголках земного шара несколько полностью автономных беспилотников; в любом случае, им придется использовать карбид кремния. В мире наметился четкий тренд на переход на этот материал. И это связано не только со стремлением снизить массу и габариты, но и с возможностью повысить энергоэффективность приборов. К примеру, в Японии приступили к тестированию инвертора на SiC: в июне 2014 г. на одной из железнодорожных станций установили такой прибор, и за три месяца его работы подтвердили, что за один день инвертор позволяет экономить 600 кВт·ч, что эквивалентно потреблению 60 средних жилых квартир». 

Не случайно, интерес к мордовскому инвертору на Open Innovations Expo проявляли представители самых разных отраслей, а не только специалисты в области возобновляемой энергетики. Более того, команда уже получила предложения на продажу десятка приборов. Вряд ли нужны еще какие-то подтверждения тому, что рынок приборов для возобновляемой электроэнергетики созрел. Впрочем, и отечественные поставщики приборов не дремлют и готовы ворваться на этот рынок.

 

Екатерина Зубкова

Фото ЦНН Республики Мордовия

На заставке: команда ЦНН и МГУ им. Н.П. Огарева на «Солнечной регате 2014»

Читайте также: