Die effizientesten Ergebnisse des Google-Wechselrichterwettbewerbs

Wechselrichter des zweiten Gewinners, das Schneider Electric-Team

Vor fast zwei Jahren kündigte Google die Little Box Challenge mit einem Preispool von 1 Million US-Dollar an, um den effizientesten kompakten Wechselrichter zu entwickeln, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Um zu gewinnen, musste ein Zwei-Kilowatt-Wechselrichter mit einer spezifischen Leistungsdichte von mindestens 50 Watt pro Kubikzoll (3,05 W pro cm ³ ) hergestellt werden.

Zum Vergleich: Ein herkömmlicher Gleichstromwechselrichter für einen Zigarettenanzünder im Auto hat eine Dichte von 1 bis 2 Watt pro Zoll, und sehr teure Wechselrichter für Solarmodule haben etwa 5 Watt pro Kubikzoll. Das heißt, Google möchte, dass jemand ein Design vorschlägt, das eine Größenordnung höher ist als die Eigenschaften der derzeit verfügbaren.

Erstaunlicherweise erfüllte der Gewinner der Little Box Challenge nicht nur die Bedingungen des Wettbewerbs, sondern zeigte auch ein viel besseres Ergebnis. Der Gewinner war das Team von CE + T Power. Eine technische Beschreibung des Geräts wird ebenfalls veröffentlicht .

Der vorgeschlagene Wechselrichter wird in einem Gehäuse mit einem Volumen von 225,6 cm ³ (6,35 x 4,1 x 8,7 cm) geliefert, dh ein Zwei-Kilowatt-Wechselrichter kann in der Hand gehalten werden. Bei einem solchen Volumen beträgt die Energiedichte 8,87 W / cm ³ .

Die wichtigste technische Neuerung bei der Erfindung war die Verwendung von Transistoren auf der Basis von Galliumnitrid (GaN) und eines sehr effizienten Kühlsystems.

Galliumnitridtransistoren haben einzigartige elektrische Eigenschaften - dies ist eine große Bandlücke, eine hohe Mobilität der Ladungsträger und ihre Sättigungsraten, eine große Wärmeleitfähigkeit usw., die die Erstellung von darauf basierenden Geräten mit Rekordwerten für Leistung, Spannung und Strom gewährleistet. und gibt ihnen auch einen Vorteil gegenüber herkömmlichen MOSFET- und IGBT-Bauelementen. Darüber hinaus sind GaN-Transistoren billiger herzustellen.

Den Ingenieuren des CE + T Power-Teams gelang es, die Nachteile von Galliumnitrid-Transistoren zu beseitigen - Schwierigkeiten bei der Steuerung, Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischem Rauschen und ein schwerwiegender Spannungsabfall beim Ausschalten des Transistors.



Für eine effektive Kühlung befinden sich alle Komponenten um den Kühler herum. Die Bewegung der Luftströme wird sorgfältig berechnet.



Sogar die Form der Löcher im Kühler wurde speziell entwickelt, um einen Kompromiss zwischen effizienter Kühlung und minimaler Staub- und Schmutzansammlung in den Löchern zu finden.



Gemäß den Wettbewerbsbedingungen darf die Außentemperatur des Gehäuses 60 ° C nicht überschreiten. Im Simulator wurden 3D-Modelle aller Heizkörper überprüft und die effektivste Form in Form von Bienenwaben ausgewählt.



Ein kompetenter technischer Ansatz brachte dem CE + T Power-Team die wohlverdiente Million Dollar ein.

Weitere Finalisten waren der Wechselrichter von Schneider Electric (6,1 W / cm ³ ) und der Wechselrichter von Virginia Tech (3,7 W / cm ³ ).

Source: https://habr.com/ru/post/de391329/