El CSIC desarrollará a contrarreloj convertidores comerciales CC/CC para producir y distribuir renovables

En enero se puso en marcha For2ensics (Future Oriented Renewable and Reliable Energy SiC Solutions), un proyecto europeo dotado con más de 7 millones de euros  por la Unión Europea y liderado por el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM), parte del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).

Durante cuatro años, ocho centros de investigación y empresas europeos –en concreto, II-VI Kista AB, de Suecia; Deep Concept, de Francia; la Universidad de Bremen, de Alemania; el Instituto Supergrid, de Francia; junto con Hitachi ABB Power Grids Ltd., de Suiza; la Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, también de Suiza, y The Chancellor Masters and Scholars de la Universidad De Cambridge, en Reino Unido– trabajarán en el desarrollo de dispositivos semiconductores basados en carburo de silicio de voltaje ultra alto para su uso en energías renovables.

For2ensics continúa la línea de investigación en carburo de silicio: un semiconductor casi tan resistente como el diamante, con mejores propiedades que el silicio y que permite reducir el coste de los dispositivos de alta potencia. Además, el proyecto busca reducir los costes y el impacto medioambiental de los procesos de fabricación de chips, “utilizando nuevos métodos para el crecimiento de los materiales y el procesamiento de los semiconductores”, aclara Giulio Pellegrini, líder del proyecto e investigador del IMB-CNM.

Prototipo comercial de convertidor CC/CC

La mayoría de las nuevas conexiones renovables son fuentes –en el caso de la infraestructura de carga de vehículos eléctricos, cargas– de corriente continua, por lo que resulta especialmente interesante desarrollar una infraestructura de distribución de corriente continua.

Esto requiere convertidores CC/CC de bajo coste, muy eficientes y compactos, desde BT (<1500 V) y que aguanten tensiones de hasta 15 kV, y actualmente no existen soluciones comerciales en el mercado, por lo que el proyecto se ha propuesto desarrollar y demostrar un prototipo comercial de convertidor CC/CC que pueda introducirse en el mercado en un plazo breve (inferior a tres 3 años) tras la finalización del proyecto.

“Para lograr un objetivo tan ambicioso, el equipo del proyecto ha decidido centrarse en el desarrollo de dispositivos de conmutación de ultra alta tensión (UHV) basados en SiC que permitirían una notable simplificación de la topología del convertidor, así como un diseño muy compacto cuando se combina con un funcionamiento a alta frecuencia”, explican los investigadores.

For2ensics comprenderá el diseño, fabricación y ensayo de módulos IGBT de SiC de 15 kV. La elección de la tecnología del dispositivo se basa en estudios anteriores, que apuntan a una tensión de equilibrio entre el MOSFET de SiC y el IGBT de SiC justo por encima de los 10 kV (el IMB-CNM lleva años involucrado en la fabricación de dispositivos basados en carburo de silicio).

Entre otras actividades, los socios del proyecto se encargarán de la producción de semiconductores basados en SiC para aplicaciones de convertidores HVDC – MVDC; el diseño y producción de la placa del convertidor (instalación de las piezas de potencia y control y soldadura de todos los componentes, pruebas de hardware y software, etc.), el análisis del impacto de los transitorios rápidos de la electrónica de potencia en otros componentes eléctricos que no fueron diseñados originalmente para soportar tales tensiones; y el montaje de módulos en serie para aplicación en convertidores.