El sistema de almacenamiento de energía (ESS, por sus siglas en inglés) es una parte crucial en el camino hacia cero emisiones netas porque permite que las personas almacenen y controlen la energía renovable, como la solar y la eólica, que es dinámica e inestable. Un sistema bien establecido de almacenamiento de energía puede almacenar/aportar energía para un uso posterior, lo cual reduce el costo de la electricidad/la presión durante las horas valle/pico de consumo eléctrico.
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El sistema de conversión de potencia (PCS, por sus siglas en inglés), el núcleo del sistema de almacenamiento de energía, controla la conversión bidireccional de la potencia entre el inversor solar/la red y el paquete de baterías. De forma similar, como otras aplicaciones de infraestructura energética de potencia alta, el ESS requiere una mayor potencia de salida y densidad de potencia para llevar a cabo cargas/descargas más rápidas en espacios limitados. Los semiconductores de banda prohibida amplia (WBG, por sus siglas en inglés) desempeñan una función clave en esta evolución.
Figura 1: Diagrama de bloques del ESS típico
El carburo de silicio (SiC, por sus siglas en inglés), un material semiconductor de banda prohibida ancha, de próxima generación, puede mejorar significativamente los problemas de rendimiento. El carburo de silicio ofrece varias características de rendimiento superior, como energía de banda, campo de ruptura, conductividad térmica, etc. Las características permiten que un sistema de SiC opere a una frecuencia más alta sin perder la potencia de salida para reducir la dimensión del inductor. Además, puede optimizar el sistema de enfriamiento, al reemplazar el sistema de enfriamiento con aire forzado por enfriamiento natural.
Figura 2: MOSFET de superunión versus MOSFET de SiC
IGBT FS4 se combina con diodo de SiC de 650 V, TO247-4
Para lograr un equilibrio entre el costo y el rendimiento, es una buena opción reemplazar el diodo antiparalelo basado en silicio especialmente para el convertidor bidireccional de potencial, que requiere flujo de corriente inversa.
El modelo FGH4L75T65MQDC50 es un transistor bipolar de compuerta aislada (IGBT, por sus siglas en inglés) FS4 de 650 V recientemente lanzado con un diodo de SiC integrado; ofrece un rendimiento óptimo con baja conducción y pérdida en la conmutación para aplicaciones de gran eficiencia.
MOSFET de SiC, EliteSiC, 14 mΩ, 1200 V, M3P, D2PAK
- Típ. RDS(on) = 14 mΩ a VGS = 18 V
- Pérdidas de conmutación bajas (Típ. EON = 1331 μJ a 74 A, 800 V)
- Avalancha 100 % probada
- D2PAK-7L
Considerar una solución de módulos integrados de potencia (PIM, por sus siglas en inglés) podría maximizar la eficiencia del sistema y la densidad de la potencia. Los módulos de SiC cuestan más; sin embargo, las ventajas pueden superar el costo. Los PIM proporcionan un mejor efecto parásito que es esencial para el sistema di/dt alto; también tienen una mejor coherencia de troquel para obtener un mejor uso compartido en conexión paralela. En términos de fabricación, los PIM aportan una excelente eficiencia en la producción porque tienen menos componentes y permiten un montaje sencillo. Finalmente, la solución de PIM reduce las preocupaciones con respecto a la administración térmica.
Módulo de SiC: EliteSiC, 3 mΩ, 1200 V, medio puente, F2
Características
- 2 × 1200 V, MOSFET de SiC, RDS(on) = 3 mΩ
- Baja resistencia térmica
- Termistor interno de coeficiente de temperatura negativo (NTC, por sus siglas en inglés)
Beneficios
- Mejor RDS(on) en voltajes más altos
- Mejor eficiencia o densidad de potencia más alta
- Solución flexible para interfaz térmica con alta confiabilidad
Aplicación
- Inversores solares de 3 fases
- Sistema de almacenamiento de energía
Controlador de compuerta, doble canal, 5kVRMS, 4,5/9 A
Características
- Capacidad de corriente de salida: 4,5 A de entrada pico, 9 A de salida pico
- El retraso de propagación suele ser de 36 ns con coincidencia de retraso máximo de 8 ns por canal
- Inmunidad a transitorios en modo común (CMTI, por sus siglas en inglés) >200 V/ns
- Aislamiento galvánico de 5 kVRMS
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