«Inverter NEXT» Проект высокоэффективного SiC- инвертора для возобновляемой энергетики

Центр нанотехнологий и наноматериалов
Республики Мордовия
Проект высокоэффективного SiCинвертора для возобновляемой
энергетики
«Inverter NEXT»
Второе рассмотрение в формате ИК2
26.09.2014
Резюме I этапа проекта
Цель:
-Разработка промышленной конструкторской документации (КД) на SiCинвертор
-Создание десяти промышленных прототипов full-SiC инверторов
-Выполнение KPI I Этапа пректа
Результат:
КД, патент, 10 промышленных прототипов инверторов до 5КВт с высокой
степенью защиты от внешних воздействий; инверторы совместимые с
суперконденсаторами
Использование только SiC приборов в компонентной базе устройства –
существенное повышение рабочих характеристик и снижение
габаритов
Инновация:
Время:
Срок реализации I этапа - 8 месяцев
2
Схема реализации проекта
Наземные
солнечные
системы
Ветряная
энергетика
Суда на
солнечной
энергии
Аварийные
системы
питания
3
Предыстория - непромышленные прототипы
За июнь-июль 2014 года были разработаны и собраны 2 инвертора:
-В качестве диодов и транзисторов использовались только SiC чипы.
-Инвестиции в проект на данный момент составили более 1 млн. руб.
ПЕРВЫЙ ПРОТОТИП:
Входное напряжение: 10-30 В
Выходное напряжение: трёх фазное, 350-550 В
Мощность: номинальная до 3 кВт, пиковая до 6
кВт
Эффективность конверсии: 96%
Габариты корпуса: 50х40х20 см = 0.04 м3
ВТОРОЙ ПРОТОТИП:
Входное напряжение: 10-30 В
Выходное напряжение: трёх фазное, 350-550 В
Мощность: номинальная до 1,5 кВт, пиковая до 2
кВт
Эффективность конверсии: 98%
Габариты корпуса: 25х30х12 см = 0.009 м3
Как видно объём компонентной базы прототипов
существенно меньше габаритов использованных
корпусов
4
Использование первого прототипа
Команда разработчиков приняла участие во
всероссийском конкурсе «Солнечная регата 2014» в
Лужниках, Москва
По результатам соревнований был выигран кубок
«Лучший инновационный проект»
Инвертор был инсталлирован в корпус поплавка
судна и настроен на номинальную мощность 2 кВт
5
Преимущества использования SiC в инверторах*
Снижение размера
инвертора
0,042 м3
IGBT
SiC
Снижение массы
0,006 м3
SiC
Повышение рабочей
температуры основных чипов
IGBT
SiC
125 0С
250 0С
25 кг
IGBT
3,6 кг
Эффективность конверсии
энергии
IGBT
95%
SiC
98%
*Наилучшие достижения из мирового опыта на 2014 год - ISiCPEAW 2014, 26 Мая Стокгольм
**Стандартная кремниевая (Si) технология
6
Сравнение с рыночными аналогоми
Инвертер
КПД, %
Габариты,
м3
Масса, кг
Мощность,
Вт
Цена, руб.
Mastervolt SunMaster ES
98%
0.09
32
4-5
75000
Delta Energy
SOLIVIA 6 TL (США)
98.2%
0.08
28
6
73500
Refusol, AE 1TL 3.0
(Германия)
97.6%
0.06
30
3
60000
МикроАРТ
MAP·SIN·PRO·24·4·5
94%
0.03
23
4,5
44300
<10
4
40000
98%
<0.01
Планируемый
промышленный
прототип
Mastervolt
SunMaster ES
Delta Energy SOLIVIA 6 TL
Refusol, AE 1TL 3.0
MAP·SIN·PRO·24·4·5
Возможна конкуренция с аналогами:
в цене, в параметра и в габаритах инвертора.
7
Пути реализации проекта
Драйвер проекта – постановление правительства РФ № 449 от 28 мая 2013 года «О
механизме стимулирования использования возобновляемых источников энергии»
С 2014 по 2017 в РФ год планируется ввод в эксплуатацию, суммарно, более 400 МВт солнечных
электростанций в различных регионах России, каждая мощностью от 5 до 25 МВт:
Астраханская область, Республика Башкортостан, Республика Алтай, Республика Хакассия,
Оренбургская область, Липецкая область, Ставропольский край, Волгоградская область,
Республика Калмыкия
В случае успеха проекта, СТАРТАП сможет занять до 5-10% поставок инверторов для данных
электростанций, что эквивалентно:
5% рынка = 20 МВт = 4000 шт. инверторов (5 КВт) по 50 000 руб =
продажа инверторов на 200 млн.руб
Кроме того, СТАРТАП сможет выполнять ЗОКРы на разработку и производство инверторов для
следующих сфер:
Преобразование
Экологичный водный
Разработка
Инвертора для
энергии в сфере
транспорт на
компактных
твердооксидных
возобновляемых
солнечной
инверторов для
топливных элементов
источников
энергетике
беспилотной авиации
электроэнергии
8
Статус проработки проекта
Команда проекта занимается силовой преобразовательной
техникой в МГУ им. Н.П. Огарёва уже более 5 лет
Сконструирована лодка на солнечных батареях, разработана ее
электронная часть с применением собственного инвертора на SiC
и суперконденсаторов
Для первых двух не промышленных прототипов разработаны:
-повышающий инвертор на SiC,
-преобразователь частоты на SiC, работающий на трехфазный
асинхронный мотор
Разработана система управления и контроля зарядки
солнечных батарей, сопряженная с инвертором с выходом на
трехфазный мотор и блоком суперконденсаторов
Готовится заявка в ФИПС на получение патента РФ «Инвертор на
SiC», суперконденсаторный модуль
9
Команда
Земсков Антон
Борисов Дмитрий
Думшин Олег
МГУ им. Н.П. Огарева
МГУ им. Н.П. Огарева МГУ им. Н.П. Огарева
(ИФХ, каф. радиотехники) (ИФХ, каф. радиотехники)
(ИФХ, каф. радиотехники)
Ганькин Семён
Новиков Дмитрий
Герман Олег
МГУ им. Н.П. Огарева
МГУ им. Н.П. Огарева МГУ им. Н.П. Огарева
(ИФХ, каф. радиотехники)
(ИФХ, каф. радиотехники)(ИФХ, каф. радиотехники)
10