Post on 21-Mar-2020
Consolider RUE (CSD2009-00046) CDTI Madrid. 27 de abril de 2010
Jornada Tecnológica: Material de GAP ancho y electrónica de potencia
“Retos tecnológicos industriales”TECNALIA
Director de Tecnología Unidad de Energía sede ZamudioPedro Ibañez (pedro@robotiker.es)
Consolider RUE (CSD2009-00046) CDTI Madrid. 27 de abril de 2010
Situación: sector energéticoObjetivos a conseguir:
Consolidar los productos actuales.Conseguir mayor eficiencia que la competencia y diferenciarse por el valor añadido de sus productos.Acceder a nuevas aplicaciones y mercados emergentes.Competir con las grandes empresas del sector.
Retos tecnológicos:Aumentar la eficiencia de sus productos, mejorando las topologías de conversión, el control y la eficiencia de los componentes.Entrar a mercados en los que se requiere mayor rango de tensión e intensidad. Es decir, aumentar la potencia de sus aplicaciones.Nuevas aplicaciones de la electrónica de potencia.
Riesgos:En muchos casos, las aplicaciones especiales requieren componentes especiales que habitualmente los fabrica su propia competencia.
¡Necesidad!
Consolider RUE (CSD2009-00046) CDTI Madrid. 27 de abril de 2010
El actual escenario global de la energía ha convertido a la
electrónica de potencia en
una tecnología estratégica, pues, aplicada al sistema de procesamiento de la energía,
posibilitará asegurar la sostenibilidad de nuestro
crecimiento
El actual escenario global de la energía ha convertido a la
electrelectróónica de potencianica de potencia en
una tecnologtecnologíía estrata estratéégicagica, pues, aplicada al sistema de procesamiento de la energía,
posibilitará asegurar la sostenibilidad de nuestro
crecimiento
Consolider RUE (CSD2009-00046) CDTI Madrid. 27 de abril de 2010
Mercado FV mundial crece a ritmo anual próximo al 40%.
Fuente: EPIA Global marketoutlook for PV until 2013
Mercado eólico mundial crece a ritmo anual próximo al 21%.
Fuente: Global Wind Energy Council (GWEC)
¡Mercado!
Consolider RUE (CSD2009-00046) CDTI Madrid. 27 de abril de 2010
Con la mejora de la eficiencia energética se estima un ahorro del 20% de la energía primaria consumida en la EU.La eficiencia energética de los convertidores se estima que puede ser el 60% del ahorro total que se puede dar.Líneas de trabajo:
Componentes que permitan trabajar a mayor tensión y/o intensidad con menores perdidasTopologías de conversión más eficientes para trabajar en condiciones más exigentes, alta temperatura, alta tensión, potencia de transferencia diferente a la de diseño…Nuevas aplicaciones: generación distribuida, redes inteligentes, transporte, energías renovables. Campos en los que no se aplica la electrónica de potencia por las limitaciones actuales.
Futuro I
Consolider RUE (CSD2009-00046) CDTI Madrid. 27 de abril de 2010
Dispositivos futuroDispositivos futuro
Dispositivos de Carburo de Silicio SiC
Dispositivos de GaNRomper la barrera del sustrato de silicio: mayor frecuencia, mayor tensión, mayor intensidad, mayor temperatura
Romper la barrera del sustrato de silicio: mayor frecuencia, mayor tensión, mayor intensidad, mayor temperatura
FUTURO
Futuro II
Consolider RUE (CSD2009-00046) CDTI Madrid. 27 de abril de 2010
Dispositivos de potencia basados en SiTecnología de fabricación madura y económica.
Dificultad en cumplir requisitos en aplicaciones de alta potencia debido a limitaciones físicas del Si.
No soportan tensiones de bloqueo altas.
Baja conductividad térmica. Límite de temperatura inferior a 150ºC.
Pérdidas de conmutación elevadas.
Frecuencia de conmutación limitada.
Baja densidad de potencia.
Tecnologías emergentes (Wide Band Gap)Carburo de Silicio SiC: la más desarrollada para fabricar dispositivos de potencia.
Nitruro de Galio GaN: principalmente utilizado en aplicaciones ópticas y de radiofrecuencia.
Diamante: mejores características eléctricas y térmicas. Importantes dificultades de procesado del material.
Futuro III
Consolider RUE (CSD2009-00046) CDTI Madrid. 27 de abril de 2010
Futuro IV: SiC versus Si
HSSHigh Switching Speed
HVHigh Voltage
HTHigh Temperature
Mayor energía de salto de banda => menores corrientes de fuga y mayores temperaturas de operación. Mejora emisiones.
Mayor tensión de ruptura => posibilidad de mayores tensiones de funcionamiento
Mayor velocidad de saturación de los electrones => menores pérdidas de conmutación, frecuencias más altas de trabajo, mayor densidad de corriente
Mayor conductividad térmica => posibilidad de mayores Tªs de funcionamiento
Consolider RUE (CSD2009-00046) CDTI Madrid. 27 de abril de 2010
Futuro V: oportunidades
FOTOVOLTAICA: una mejora en la eficiencia es fundamental. La característica HSS lo permite.
EÓLICA: la combinación HV, HSS y HT tendría un impacto muy importante: mejora la eficiencia, se reduce el coste y el tamaño. Se podrían plantear soluciones rompedoras que eliminarían el transformador de LV/MV
Todos los beneficios del SiC en su conjunto permitirían abordar aplicaciones novedosas que con el Si no son planteables. Por ejemplo la evacuación en DC de parques off-shore HVDC con nuevas topologías más eficientes y económicas.
Consolider RUE (CSD2009-00046) CDTI Madrid. 27 de abril de 2010
Fuente: Yole Developpment “SiC 2010 ReportHow SiC will impact electronics: a 10 years projection”
Consolider RUE (CSD2009-00046) CDTI Madrid. 27 de abril de 2010
Hay una necesidad
Hay un mercado
¿La tecnología?Está por llegar
COLABORACICOLABORACIÓÓN TECNOLOGOS+INDUSTRIAN TECNOLOGOS+INDUSTRIA
Consolider RUE (CSD2009-00046) CDTI Madrid. 27 de abril de 2010
Crear un Grupo de Empresas con interés en nuevos Componentes de Electrónica de Potencia, GiP, con el objeto de conocer:
Estado de la tecnología.
Nuevas tecnologías de fabricación.
Ventajas e inconvenientes de estas nuevas tecnologías, tanto analizando la literatura como realizando análisis prácticos en laboratorio.
Disponibilidad de estos componentes y sus costes.
Viabilidad de poder desarrollar componentes a medida y facilidad de fabricación.
Posibilidades que se abren en topologías de conversión si se utiliza estos nuevos componentes.
Proponer un proyecto de demostrador tecnológico.
Iniciativa en el País Vasco
Consolider RUE (CSD2009-00046) CDTI Madrid. 27 de abril de 2010
Todos juntos podemos llegar a Todos juntos podemos llegar a disediseññar el futuroar el futuro
Ideas, resolutions, new Ideas, resolutions, new topologies, new topologies, new
applications, possible applications, possible proposals proposals
GiP miembros
Consolider RUE (CSD2009-00046) CDTI Madrid. 27 de abril de 2010
La electrónica de potencia es
una tecnología estratégicaLa electrLa electróónica de potencianica de potencia es
una tecnologtecnologíía estrata estratéégicagica
Potenciar el desarrollo de la tecnología de
semiconductores GAP ancho con objetivos industriales es una inversión para el País.
Potenciar el desarrollo Potenciar el desarrollo de la tecnología de
semiconductores GAP ancho con objetivos industriales es industriales es una inversiuna inversióón para el Pan para el Paíís. s.