Центр нанотехнологий
и наноматериалов
Республики Мордовия

+7 (8342) 33-30-63
Приборы и комплексы
Нанотехнологии в строительстве
Силовая электроника
Современная светотехника

Разработка высокоэффективного, малогабаритного инвертора на основе карбидокремниевой электроники – ИНВЕРТОР НЕКСТ

Продукция

Инвертор для преобразования энергии, генерируемой любыми возобновляемыми источниками (солнечная, ветряная) в стандартное переменное напряжение 220 В., 50 Гц или с иными требуемыми характеристиками.

Суть инновации

Использование SiC приборов (Диоды, MOSFET транзисторы) в компонентной базе позволяет существенно повысить рабочие характеристики: КПД, надёжность и в разы снизить массу и габариты устройства.

Преимущества

Преимущества использования SiC в инверторах по результатам конференции ISiCPEAW (25 Мая 2014, Стокгольм) представлены на рисунке (IGBT – стандартная кремниевая технология):

  • SiC позволяет работать на более высоких частотах преобразования до 100 МГц и выше, вместо типичных 5-10 МГц для кремния, благодаря этому существенно снижаются размеры индуктивных элементов инвертора;
  • Благодаря высоким характеристикам SiC приборов, в инверторе, снижается общее количество компонентов, что также способствует снижению габаритов;
  • температура стабильного функционирования SiC значительно выше кремниевых чипов (200-250 С против 100 С), в связи с этим снижаются требования к системе охлаждения, в некоторых случаях можно обойтись пассивным радиатором, в то время как для кремния потребовался бы воздушный обдув вентилятором;

Применение

  • Солнечная энергетика;
  • Ветряные энргогенераторы;
  • Источники бесперебойного питания;
  • Источники питания с применением суперконденсаторов.
 
О технологии
 

Описание продукции проекта

Ключевым элементом технологии являются высокомощные диоды и транзисторы на основе карбида кремния с максимальными напряжениями до 1200 В, и силой протекающего тока до 30 А. В созданных прототипах использовались диоды и MOSFET транзисторы компании Cree. Следующим важным звеном инвертора является схемо-техническое устройство его исполнения. От конструкторской документации зависят все самые важные параметры инвертора: функционал, надёжность, КПД, габариты, масса, степень защищённости от внешних воздействий.

В таблице представлены сравнительные характеристики типичных инверторов доступных на рынке и инвертора представленного в данном проекте.

 
Основные рынки, маркетинг
 

Рынком для инверторов является сфера использование возобновляемых источников энергии в частном и иных секторах. Кроме того, имеется перспектива участия в строительстве солнечных электростанций в соответствии с постановлением правительства РФ № 449 от 28 мая 2013 года «О механизме стимулирования использования возобновляемых источников энергии». Основные рынки схематично представлены на рисунке:

Целевые рынки

Частный сектор:

Были проведены переговоры с основными дистрибьютерами оборудования для солнечной энергетики.

Данными компаниями отмечается стабильный рост рынка инверторов на 30% последние несколько лет, что говорит о развитии частной возобновляемой энергетики в России. Дистрибьюторами отмечается также более высокое качество европейских инверторов по отношению к китайским. Несмотря на большую цену европейской продукции, в данной сфере она оправдана, т.к. в приоритете остаётся надёжность инверторов.

Оценка данного сегмента показывает, что при продаже 20 инверторов в месяц, выручка составит порядка 10 млн. руб. в год.

Строительство крупных солнечных электростанций:

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 перспективе возможно налаживание производства инверторов для данных целей. С учётом постановлениям правительства РФ № 449 от 28 мая 2013 года «О механизме стимулирования использования возобновляемых источников энергии», инверторы, произведённые на территории России, получают преимущество перед импортными, используя отечественные комплектующие, а застройщик данных электростанций получит существенную поддержку со стороны правительства.

Оценка данного сегмента показывает, что при продаже инверторов для 5% мощностей планируемых солнечных электростанций, т.е. на 20 МВт, выручка составит порядка 180-200 млн.руб.

Экологически чистые суда на солнечной энергии:

Востребованными являются системы для обеспечения движения экологически чистых судов в заповедных зонах. Использование солнечной энергии может обеспечить передвижение судов с приемлемой скоростью и запасом хода с учётом не солнечных дней и плохой погоды. Уже были проведены переговоры с производителями малогабаритных судов, с подтверждением перспективности данного подхода.

 
Реализация проекта
 

Цели и задачи проекта:

Команда проекта занимается силовой преобразовательной техникой в МГУ им. Н.П. Огарёва уже более 5 лет, на данный момент, в рамках проекта ИНВЕРТОР НЕКСТ с начала лета 2014 года, достигнуты следующие показатели:

1. Разработана и сконструирована лодка на солнечных батареях, ее электронная часть содержит SiC инвертор (первый собственный прототип). Габариты инвертора: 50х40х22 см, КПД 96% (4 кВт). В качестве источника хранения энергии лодки используются суперконденсаторы. Устройство инвертора представлено на фото:

2. Разработан второй, более качественный прототип. Габариты: 35х25х15 см, КПД повышен до 98% (2 кВт).

3. В рамках первых двух прототипов спроектированы следующие элементы и системы:
-повышающий инвертор на SiC;
-преобразователь частоты на SiC, работающий на трехфазный асинхронный мотор;
-система управления и контроля зарядки солнечных батарей, сопряженная с инвертором с выходом на трехфазный мотор и блоком суперконденсаторов.

4. Готовится заявка в ФИПС на получение патента РФ «Инвертор на SiC», суперконденсаторный модуль.

5. Разработан третий прототип, по своим технических характеристикам, идентичный второму, но с меньшими габаритами: 22х19х9 см (предыдущий: 35х25х15 см) и выполненный в современном корпусе:

Статус проекта:

Одобрен инвестиционным комитетом.

Организация выпуска первых промышленных инверторов планируется на площадях саранского предприятия ЗАО «Конвертор», проведены соответствующие переговоры, согласованы этапы совместной работы.

 
Участники проекта
 

Участники проекта

  • Земсков Антон – заявитель проекта
  • МГУ им. Н.П. Огарева (ИФХ, каф. радиотехники)

  • Герман Олег – ведущий конструктор
  • МГУ им. Н.П. Огарева (ИФХ, каф. радиотехники)
  • Ганькин Семён
  • МГУ им. Н.П. Огарева (ИФХ, каф. радиотехники)
  • Новиков Дмитрий
  • МГУ им. Н.П. Огарева (ИФХ, каф. радиотехники)
  • Думшин Олег
  • МГУ им. Н.П. Огарева (ИФХ, каф. радиотехники)
  • Борисов Дмитрий
  • МГУ им. Н.П. Огарева (ИФХ, каф. радиотехники)

Общее фото команды:

Технологическая площадка для сборки первых промышленных экземпляров

ЗАО «Конвертор» имеет производственные площадки:

  • на территории г. Саранска 1000 кв. м. производственных и складских помещений;
  • на территории г. Краснослободска 1700 кв. м. производственных помещений.

На предприятии работают около 180 человек, из которых 4 кандидата технических наук, 3 аспиранта, инженеры электронной техники, математики-программисты.
Более 55% сотрудников предприятия – специалисты с высшим образованием.

 
Медиа
 

Скачать PDF версию проекта

 
Новости проекта
 

25.07.2014
Первый прототип инвертора использовался во всероссийском конкурсе солнечных судов «Солнечная регата» в Лужниках. По результатам соревнований мордовская лодка получила два кубка в номинациях «Лучшая командная работа» и «Лучший инновационный проект»

Ссылка на статью о мероприятии








 

14-16 октября 2014
Третий прототип, разработанный в рамках данного проекта, выставляется на выставке Open Innovations в Москве, на стенде Роснано. По показателю отношения объема к мощности инвертор ЦНН превзошел американскую разработку компании APEI (University of Arkansas, USA):


 

Другие проекты данной специализации