Новый этап на пути сокращения себестоимости производства солнечной энергии

Стать партнером SolarEdge, чтобы совершить прорыв в солнечной энергетике.

Компания SolarEdge, мировой лидер в области солнечных инвертеров, оптимизаторов энергии и систем модульного контроля, стремительно заняла лидирующие позиции всего за 10 лет с момента своего основания. Каким образом? Имея нестандартный подход и находя революционные решения для ряда серьезнейших задач в развитии солнечной энергетики. Их новейшее прорывное решение – завоевавший награды инвертор HD-Wave, в котором используется инновационная технология преобразования энергии, основанная на технологии распределенной коммутации и высокоэффективной обработки цифровых сигналов, создающая возможность ускорить по сравнению с существующей технологией распространение солнечной энергии и обеспечивающая более широкое внедрение использования солнечной энергии.


Состязание за сетевой паритет

За последнее десятилетие достижение «сетевого паритета» - когда источники возобновляемой энергии стоят столько же, сколько и традиционные источники энергии – являлось движущей силой в развитии технологий возобновляемой энергии. Считается, что сетевой паритет станет неизбежным переломным моментом для более широкомасштабного внедрения. Для некоторых достаточно руководствоваться только экологическими принципами, чтобы подтолкнуть внедрение, но для большинства должны работать экономические принципы. Как и в случае с любыми товарами выбор источника энергии во многом зависит от затрат и цены. И в то время, пока эксперты расходятся во мнениях, когда мы достигнем сетевого паритета (или если мы его уже достигли), принцип остается прежним – меньшие издержки равноценны более широкому внедрению, а более широкое внедрение означает снижение зависимости от использования углеводородного топлива. Что лучше для окружающей среды, лучше для энергетической независимости, и гораздо лучше для наших кошельков.


От традиционного преобразования постоянного тока в переменный к передовому

Согласно данным Ассоциации производителей солнечной энергии себестоимость производства солнечной энергии за последние 10 лет уменьшилась на 60%, в большей степени за счет снижения стоимости солнечных панелей. В то же время, стоимость панелей достигла уровня убывающей доходности, поэтому следующие шаги на пути сокращения затрат должны быть сделаны в сторону технологий, несвязанных с панелями. Чрезвычайно важную роль теперь начинает играть силовой инвертер.

Ответственный за управление и контроль производства, потребления и хранения энергии, инвертер является «мозгом» системы управления питанием солнечной панели. Основной ролью инвертера является преобразование энергии постоянного тока, производимой солнечными панелями, в энергию переменного тока, которая распределяется местными энергосетями в наши дома и на предприятия.

В общих чертах, традиционные инвертеры работают путем использования комплекта высоковольтных переключателей для преобразования постоянного электрического тока в сигнал переменного тока. Поскольку производимый сигнал изначально является неровным, его требуется отрегулировать и отфильтровать для создания сглаженной волны, чтобы обеспечить более эффективное и безопасное подключение к сети. Такая фильтрация производится при помощи магнитных элементов, которые являются тяжелыми, громоздкими и дорогими, но необходимыми для традиционных коммутационных технологий. Кроме того, при потерях энергии в этом несовершенном процессе выделяется тепло, и требуется задействовать крупные охлаждающие элементы – требуется больше металла, больше места и больше затрат. Таким образом приблизительно 50-60% от стоимости инвертера приходятся на эти металлические компоненты, и вы должно быть удивитесь, узнав, что технологии с инвертерами практически не изменились за последние 25 лет. И в этом SolarEdge увидела возможность изменений, тем самым открыв значительные перспективы для дальнейшего уменьшения затрат в солнечной энергетике. SolarEdge максимально использовала решения компании Analog Devices для внедрения новых технологий.


Партнерство во имя цифровой революции

В SolarEdge поняли, что потребуется переосмысление процесса преобразования энергии, чтобы избавить инвертер от тяжелых, громоздких металлических компонентов. Ожидается, что не только появление новых технологий переключения на основе широкозонных материалов, таких как SiC (карбид кремния) и GaN (нитрид галлия), станет прорывом в разработке силовых переключателей для преобразования энергии следующего поколения, но и существующие технологии на основе кремния в равной степени внесут свой вклад в прогресс за счет применения новых сложных многоуровневых топологий переключения. Тем не менее для использования этих разработок необходим продвинутый процессор для обработки смешанных сигналов, способный справиться со значительно возросшими требованиями к скорости, точности и функциональности. Вот где SolarEdge максимально использовала технологию Analog Devices.

Принципиальное отличие в конструкции HD-Wave состоит в том, что вместо традиционных высоковольтных переключателей он использует большое количество низковольтных переключателей. В результате создается более эффективная сглаженная волна, следовательно, требуется меньше магнитной фильтрации и охлаждения. Сложность задачи состоит в том, что для функционирования такой конструкции необходимы высокоточные алгоритмы с высоким быстродействием обработки.

Большинство универсальных процессоров разработаны для широкого спектра областей применения, и поэтому они обладают набором особенностей и характеристик, не настроенным специально для преобразования солнечной энергии. Это приводит к непроизводительным затратам вычислительной мощности, что ограничивает возможности функционирования системы с максимальным потенциалом. Таким образом, чтобы раскрыть полный потенциал, Analog Devices разработала специализированный процессор, обеспечивающий максимально возможные вычислительную мощность и быстродействие операций переключения.

“Для разработки чего-то специализированного требуются глубокие знания вопроса и компетенции в проектировании на системном уровне,” говорит Билл Слаттери, глава группы компании Analog Devices по возобновляемым источникам энергии. “Кроме того, тесно сотрудничая с SolarEdge, мы расширили свои собственные экспертные знания, приняв на работу лучших системных инженеров по преобразователям энергии и инвертерам.” Результатом стало расширение линейки продукции для преобразователей энергии Analog Devices, включая семейство процессоров по обработке смешанных сигналов ADSP-CM40x – два из них (ADSP-CM408) являются «сердцем» каждого инвертера SolarEdge HD-Wave. Это первые в отрасли системы на кристалле для солнечных инвертеров, самые быстродействующие процессоры в своем классе с технологией ARM Cortex® M4, с интегрированными прецизионными 16-разрядными АЦП и серией специализированных аппаратных ускорителей.


Сюда приходит солнце. Новая эра фотоэлектрических инвертеров.

Итогом сотрудничества компаний SolarEdge и Analog Devices стало создание инвертера, который имеет размеры и вес вдвое меньше, чем у традиционных инвертеров, и в нём используется значительно меньше дорогостоящего металла. Непосредственный эффект представляется понятным, впрочем, возможно, даже более важно то, что теперь инвертеры могут лучше соответствовать закону Мура – больше никакой зависимости от металлических компонентов, дальнейшее развитие которых не предвидится.

«Мы верим, что технология HD-Wave представляет собой важный этап в развитии солнечных инвертеров, подобно переходу от больших телевизоров со стеклянными электронно-лучевыми трубками к телевизорам с плоским экраном», - говорит Лиор Хандельсман, вице-президент компании SolarEdge по вопросам маркетинга и продвижению продукции. «Цифровая обработка сигналов, которую обеспечивают процессоры для обработки смешанных сигналов компании Analog Devices, позволит нам продолжить усовершенствование размеров инвертора, его эффективности и надежности, гораздо быстрее, чем это обычно происходит в отрасли. Теперь солнечные инвертеры могут эволюционировать темпами электронных устройств, а не механических.»

В этой связи, компания Analog Devices уже анонсировала свое следующее достижение в области солнечной энергетики, серию процессоров ADSP-CM41x, в которых два физически обособленных процессора объединены в единый блок контроллера, использующий новую инновационную архитектуру «два независимых ядра», а также добавлен комплект специализированных ускорителей. Эти существенные дополнения обеспечивают достижение высокой производительности и оптимизации затрат без снижения уровня безопасности.

Power Conversion
С платформой для построения высокоэффективных преобразователей энергии от ADI повышаются безопасность, надежность и эффективность.

Платформа для построения высокоэффективных преобразователей энергии от ADI ещё больше упрощает проектирование – полностью интегрирует процессор для обработки смешанных сигналов с другими важными элементами сигнальной цепочки, включая AD740x – сигма-дельта датчик тока с гальванической развязкой, или ADuM41xx – серия изолированных драйверов затворов с технологией iCoupler®.

Таким образом, непрерывный прогресс в области солнечных технологий и эффективности затрат, кажется, обеспечивает светлое будущее индустрии возобновляемых источников энергии. Сотрудничество ведущих инноваторов, таких как SolarEdge и Analog Devices, будет иметь решающее значение для отказа от термина «альтернативный» в обсуждениях, касающихся энергии – и для реализации инновационных решений на грани возможного.



Вам будет также интересно почитать другие истории.     Посмотреть все >