Un projecte pioner desenvoluparà sistemes electrònics basats en nous materials per impulsar les xarxes elèctriques intel·ligents

El projecte europeu Safepower, finançat pel programa marc Horizonte Europa, pretén revolucionar la distribució d'energia a la Unió Europea mitjançant l'avenç de les tecnologies de xarxes de mitjana tensió de corrent continu (MVDC). Liderat per l'Institut de Microelectrònica de Barcelona del CSIC (IMB-CNM-CSIC), respon a la necessitat d'una distribució d'energia eficient, segura, flexible i assequible per al desplegament de les energies renovables a mesura que l'electrificació es torna vital per a la descarbonització i la reducció de la dependència dels combustibles fòssils russos (Pla REpowerEU).

"Abordem aquesta necessitat urgent centrant-nos en la investigació de tecnologies clau per desplegar convertidors MVDC de propera generació. Aquests convertidors operen en nivells de mitjana tensió (1-35 kV) i són essencials per integrar fonts d'energia renovable, especialment plantes solars, a tot Europa", explica Xavier Perpiñà, coordinador del projecte i investigador al grup de Dispositius i Sistemes de Potència (PDS) de l'IMB-CNM-CSIC. "Actualment, no totes aquestes tecnologies, com els dispositius de potència per a mitja tensió, estan disponibles a Europa ni al món", afegeix Perpiñà.

La iniciativa establirà les bases per establir el lideratge de l'IMB-CNM-CSIC en el disseny i fabricació de transistors d'òxid de gal·li, el disseny de transistors MOSFET de carbur de silici intel·ligents, i l'anàlisi innovadora electrotèrmica a nivell de xip en dispositius de potència. L'òxid de gal·li i el carbur de silici són materials semiconductors prometedors en aplicacions de potència per les seves propietats elèctriques, les seves pèrdues menors i fiabilitat. Els convertidors actuals solen ser de silici.

Les xarxes de mitja tensió traslladen l'energia des de les estacions de transformació d'alta tensió fins a les de baixa, que lliuren l'energia als consumidors finals. Això és possible gràcies als convertidors de voltatge.

Actualment, el corrent altern, el més estès, té importants pèrdues d'energia en distàncies llargues, té un emmagatzematge pitjor i no és compatible amb els dispositius electrònics moderns. Per això, si es persegueix implementar les tecnologies renovables, cal integrar sistemes basats en corrent continu dins de la tensió mitja, cosa que permetrà tenir una xarxa més eficient.

Electrònica de potència i nous materials per a convertidors més eficients

Aquestes tecnologies abordaran diversos aspectes clau: primer, “estudiarem solucions innovadores de Monitorització de Condició i Salut (C&HM), tant en línia com fora de línia, assistides per intel·ligència artificial (IA) per predir i prevenir parades en la distribució”. L'anticipació de fallades és una de les vessants més explorades en el desenvolupament d'electrònica dels últims anys, ara assistida per intel·ligència artificial, ja que un manteniment correcte dels components repercutirà en una xarxa amb una vida útil més llarga. L'IMB-CNM-CSIC col·labora des de fa anys en iniciatives per millorar la cadena de valor dels components i la fiabilitat.

Després, “investigarem en dispositius de carbur de silici i d'òxid de gal·li més eficients i proposarem noves arquitectures o dissenys de convertidors amb aquestes tecnologies”, afegeix Perpinyà. Amb aquest desenvolupament, els components es reduiran en complexitat per guanyar en fiabilitat.

Millorar la seguretat, fiabilitat, resiliència i assequibilitat dels convertidors redundarà en una xarxa elèctrica més eficient. L'equip de SAFEPOWER cerca així “impulsar la transició energètica d'Europa”, conclou.

Aquestes solucions proporcionaran un avantatge competitiu davant dels fabricants de convertidors de potència no pertanyents a la UE. Serà també un avantatge estratègic crucial per garantir el lideratge d'Europa al mercat energètic.

Convertidors de potència més fiables per a una Europa més verda

Safepower, Safer and More Reliable WBG/UWBG-Based MVDC Power Converters, té una durada de quatre anys i acaba de celebrar la primera reunió de projecte a l'IMB-CNM-CSIC (24 i 25 d'octubre). Per a totes les fases de treball (disseny, producció, encapsulat…) es compta amb actors clau de la investigació i el desenvolupament europeu: Swansea University, Clas-SiC i University of Warwick de Regne Unit; CNRS (Centre Nacional de la Recherche Scientifique) i UTTOP de França; ISSP (Institute of Solid State Physics) a Letònia; Politecnico di Milano d'Itàlia; i Power Electronics d'Espanya.

_{Imatge inferior: foto de grup del kick-off meeting del projecte celebrat a l'IMB-CNM durant els dies 24 i 25 d'octubre. Autor: Carles Mateu Mañé}