De ce investitorii sunt fascinați de transformatoarele solid-state

Modernizarea Transformatoarelor

Rețeaua electrică actuală, deși funcțională, este învechită, iar transformatoarele sunt un exemplu clar al acestei stagnări. Transformatoarele nu au evoluat semnificativ de la invenția becului de către Thomas Edison. În prezent, mai multe startup-uri își concentrează eforturile pe modernizarea acestor dispozitive, înlocuindu-le cu electronice de putere moderne care promit să ofere operatorilor de rețea un control mai mare asupra fluxului de electricitate. «Devine un dispozitiv foarte puternic, echivalent cu routerul tău de internet», a declarat Subhashish Bhattacharya, co-fondator și CTO al DG Matrix.

Investiții Semnificative în Tehnologie

Recent, trei startup-uri au obținut finanțări considerabile pentru a-și extinde producția de transformatoare solid-state. DG Matrix a obținut o finanțare de 60 de milioane de dolari în seria A, iar Heron Power a strâns 140 de milioane de dolari în seria B. În noiembrie, Amperesand a obținut 80 de milioane de dolari pentru a viza piața centrelor de date în expansiune.

Limitările Transformatoarelor Tradiționale

Transformatoarele existente sunt fiabile și eficiente, dar sunt instrumente relativ primitive, fiind construite în principal din cupru și fier. Acestea reacționează pasiv la schimbările din rețea și sunt capabile să îndeplinească o singură sarcină per dispozitiv. «Un transformator vechi din oțel, cupru și ulei nu are monitorizare și nici control», a spus Drew Baglino, fondator și CEO al Heron Power. În situații de supratensiune sau când o centrală electrică se deconectează, acestea pot deveni o vulnerabilitate.

Avantajele Transformatoarelor Solid-State

Dispozitivele solid-state pot integra energie dintr-o gamă variată de surse, inclusiv centrale electrice tradiționale, surse regenerabile și baterii, transformând acea energie în curent alternativ (AC) sau curent continuu (DC) la diferite tensiuni. Aceasta le permite să înlocuiască mai multe dispozitive. Pentru centrele de date, transformatoarele solid-state oferă o alternativă atractivă, permițând reducerea amprentei sistemelor de alimentare și oferind un control mai precis asupra direcționării energiei.

Viitorul Transformatoarelor Solid-State

Transformatoarele solid-state sunt pe cale să apară într-un moment în care transformatoarele existente îmbătrânesc, iar cererea pentru altele noi este în creștere, un adevărat superciclu tehnologic. Majoritatea transformatoarelor din rețeaua actuală au câteva decenii vechime, conform National Laboratory of the Rockies. Pe măsură ce cererea din partea centrelor de date, stațiilor de încărcare pentru vehicule electrice și alte părți ale rețelei crește, NLR preconizează că cantitatea de energie care trece prin transformatoare se va dubla până în 2050.

Înlocuirea Transformatoarelor Vechi

În timp ce centrele de date reprezintă prima piață vizată de aceste companii, ele privesc și către rețeaua electrică, care în SUA găzduiește până la 80 de milioane de transformatoare. «Toate transformatoarele de distribuție vor trebui în cele din urmă înlocuite. Peste 50% dintre ele au 35 de ani. Există o mare nevoie de modernizare», a spus Baglino.

Flexibilitatea Materialelor Semiconductoare

Deoarece sunt fabricate din materiale pe bază de siliciu, transformatoarele solid-state sunt flexibile, controlabile și pot fi actualizate prin software. De asemenea, sunt imune la fluctuațiile de preț care afectează piața cuprului. «Semiconductoarele de putere devin din ce în ce mai ieftine. Oțelul, cuprul și uleiul, din păcate, nu se află în aceeași situație», a adăugat Baglino. «Prețurile materiilor prime pot fluctua semnificativ și, în general, cresc.»

Funcționarea Transformatoarelor Solid-State

Într-un transformator tradițional, energia electrică intră prin fire de cupru înfășurate în jurul unei părți a unui miez de fier în formă de O. Pe măsură ce curentul electric trece, acesta induce un câmp magnetic în miez. Pe cealaltă parte a miezului, câmpul magnetic induce electricitate într-un alt set de înfășurări de cupru. Dacă firele se înfășoară mai multe ori pe partea de intrare decât pe partea de ieșire, tensiunea scade pe partea de ieșire. Dacă raportul se inversează, tensiunea de ieșire crește.

Configurațiile Transformatoarelor Solid-State

Transformatoarele solid-state renunță la înfășurările de cupru în favoarea semiconductoarelor, utilizând materiale precum carbură de siliciu sau nitrură de galiu pentru a gestiona conversia frecvenței. Acestea pot veni într-o gamă variată de configurații, cu cea mai cuprinzătoare configurație constând din trei părți de bază: un redresor care convertește curentul alternativ în curent continuu, un convertor care modifică tensiunea curentului continuu și un invertor care transformă curentul continuu înapoi în curent alternativ.

Utilizarea în Centrele de Date

Spre deosebire de transformatoarele cu miez de fier, transformatoarele solid-state pot gestiona energia care curge în ambele direcții, făcându-le utile în locuri care necesită energie de rezervă, cum ar fi centrele de date. Într-un centru de date, un transformator solid-state poate înlocui mai multe echipamente diferite, nu doar transformatorul care reduce tensiunea din rețea. Fiecare centru de date folosește energie de rezervă, care necesită o serie de dispozitive pentru a aduce energie în instalație. Transformatoarele solid-state pot gestiona toate aceste sarcini într-o singură unitate.

Integrarea Energiei din Surse Alternative

Tehnologia permite, de asemenea, centrelor de date să integreze mai ușor așa-numita energie din surse alternative, unde capacitatea de generare este conectată direct la centrul de date, nu la rețea. Acestea necesită de obicei un alt set de transformatoare. Și atunci când sunt cuplate cu baterii la scară de rețea, transformatoarele solid-state pot elimina și sursele de alimentare neîntreruptibile (UPS), eliberând spațiu în interiorul centrului de date pentru mai multe rack-uri.

Economii și Eficiență

«Dacă aduni costul a tot ceea ce am eliminat, suntem la 60% până la 70% din acel cost», a declarat Haroon Inam, co-fondator și CEO al DG Matrix. DG Matrix s-a concentrat pe tehnologia sa Interport, care poate direcționa energia din mai multe surse către mai multe sarcini cu tensiuni diferite, o configurație pentru care compania deține mai multe brevete.

Transformarea Energiei în Diverse Aplicații

Heron Power, pe de altă parte, lucrează la transformarea energiei la tensiune medie în centre de date, ferme solare și instalații de baterii la scară de rețea. Într-un centru de date, transformatoarele Heron Link pot furniza rack-urilor 30 de secunde de energie în timp ce sursele de rezervă intră online. În total, Heron Link ocupă cu 70% mai puțin spațiu decât piesele existente. La o fermă solară, transformatoarele Heron Power pot îndeplini sarcinile unui invertor și ale unui transformator pentru același preț.

Costuri și Perspective de Viitor

Într-o comparație directă, transformatoarele solid-state încă au un cost mai mare decât transformatoarele cu miez de fier. Din acest motiv, este puțin probabil să înlocuiască în viitorul apropiat cutiile gigantice care bâzâie în stațiile de transformare ale rețelei. Dar în centrele de date și la hub-urile de încărcare pentru vehicule electrice, unde transformatoarele solid-state înlocuiesc mai multe echipamente, acestea vor începe să câștige teren. Când vor ajunge în număr mai mare pe rețea, au potențialul de a reduce costurile de transmisie și distribuție, unul dintre cei mai mari contribuitori la inflația facturilor de utilități.

Eficiența Transformatoarelor Solid-State

Deoarece transformatoarele de astăzi sunt pasive, incapabile să reacționeze la fluctuații, rețelele de distribuție au fost construite cu o capacitate semnificativă de rezervă, a spus Baglino. Transformatoarele solid-state, totuși, pot răspunde la condițiile schimbătoare, permițând operatorilor de rețea să trimită mai multă energie prin aceleași linii. «Poți face infrastructura mai accesibilă pentru că pui mai mulți kilowați-oră prin aceleași stâlpi și fire», a spus el. «Acolo unde inteligența, în locul obiectelor mecanice pasive care au fost proiectate acum 100 de ani, poate face o mare diferență.»