jornada tecnológica: material de gap ancho y electrónica...

Consolider RUE (CSD2009-00046) CDTI Madrid. 27 de abril de 2010

Jornada Tecnológica: Material de GAP ancho y electrónica de potencia

“Retos tecnológicos industriales”TECNALIA

Director de Tecnología Unidad de Energía sede ZamudioPedro Ibañez ([email protected])


Situación: sector energéticoObjetivos a conseguir:

Consolidar los productos actuales.Conseguir mayor eficiencia que la competencia y diferenciarse por el valor añadido de sus productos.Acceder a nuevas aplicaciones y mercados emergentes.Competir con las grandes empresas del sector.

Retos tecnológicos:Aumentar la eficiencia de sus productos, mejorando las topologías de conversión, el control y la eficiencia de los componentes.Entrar a mercados en los que se requiere mayor rango de tensión e intensidad. Es decir, aumentar la potencia de sus aplicaciones.Nuevas aplicaciones de la electrónica de potencia.

Riesgos:En muchos casos, las aplicaciones especiales requieren componentes especiales que habitualmente los fabrica su propia competencia.

¡Necesidad!


El actual escenario global de la energía ha convertido a la

electrónica de potencia en

una tecnología estratégica, pues, aplicada al sistema de procesamiento de la energía,

posibilitará asegurar la sostenibilidad de nuestro

crecimiento

El actual escenario global de la energía ha convertido a la

electrelectróónica de potencianica de potencia en

una tecnologtecnologíía estrata estratéégicagica, pues, aplicada al sistema de procesamiento de la energía,

posibilitará asegurar la sostenibilidad de nuestro

crecimiento


Mercado FV mundial crece a ritmo anual próximo al 40%.

Fuente: EPIA Global marketoutlook for PV until 2013

Mercado eólico mundial crece a ritmo anual próximo al 21%.

Fuente: Global Wind Energy Council (GWEC)

¡Mercado!


Con la mejora de la eficiencia energética se estima un ahorro del 20% de la energía primaria consumida en la EU.La eficiencia energética de los convertidores se estima que puede ser el 60% del ahorro total que se puede dar.Líneas de trabajo:

Componentes que permitan trabajar a mayor tensión y/o intensidad con menores perdidasTopologías de conversión más eficientes para trabajar en condiciones más exigentes, alta temperatura, alta tensión, potencia de transferencia diferente a la de diseño…Nuevas aplicaciones: generación distribuida, redes inteligentes, transporte, energías renovables. Campos en los que no se aplica la electrónica de potencia por las limitaciones actuales.

Futuro I


Dispositivos futuroDispositivos futuro

Dispositivos de Carburo de Silicio SiC

Dispositivos de GaNRomper la barrera del sustrato de silicio: mayor frecuencia, mayor tensión, mayor intensidad, mayor temperatura

Romper la barrera del sustrato de silicio: mayor frecuencia, mayor tensión, mayor intensidad, mayor temperatura

FUTURO

Futuro II


Dispositivos de potencia basados en SiTecnología de fabricación madura y económica.

Dificultad en cumplir requisitos en aplicaciones de alta potencia debido a limitaciones físicas del Si.

No soportan tensiones de bloqueo altas.

Baja conductividad térmica. Límite de temperatura inferior a 150ºC.

Pérdidas de conmutación elevadas.

Frecuencia de conmutación limitada.

Baja densidad de potencia.

Tecnologías emergentes (Wide Band Gap)Carburo de Silicio SiC: la más desarrollada para fabricar dispositivos de potencia.

Nitruro de Galio GaN: principalmente utilizado en aplicaciones ópticas y de radiofrecuencia.

Diamante: mejores características eléctricas y térmicas. Importantes dificultades de procesado del material.

Futuro III


Futuro IV: SiC versus Si

HSSHigh Switching Speed

HVHigh Voltage

HTHigh Temperature

Mayor energía de salto de banda => menores corrientes de fuga y mayores temperaturas de operación. Mejora emisiones.

Mayor tensión de ruptura => posibilidad de mayores tensiones de funcionamiento

Mayor velocidad de saturación de los electrones => menores pérdidas de conmutación, frecuencias más altas de trabajo, mayor densidad de corriente

Mayor conductividad térmica => posibilidad de mayores Tªs de funcionamiento


Futuro V: oportunidades

FOTOVOLTAICA: una mejora en la eficiencia es fundamental. La característica HSS lo permite.

EÓLICA: la combinación HV, HSS y HT tendría un impacto muy importante: mejora la eficiencia, se reduce el coste y el tamaño. Se podrían plantear soluciones rompedoras que eliminarían el transformador de LV/MV

Todos los beneficios del SiC en su conjunto permitirían abordar aplicaciones novedosas que con el Si no son planteables. Por ejemplo la evacuación en DC de parques off-shore HVDC con nuevas topologías más eficientes y económicas.


Fuente: Yole Developpment “SiC 2010 ReportHow SiC will impact electronics: a 10 years projection”


Hay una necesidad

Hay un mercado

¿La tecnología?Está por llegar

COLABORACICOLABORACIÓÓN TECNOLOGOS+INDUSTRIAN TECNOLOGOS+INDUSTRIA


Crear un Grupo de Empresas con interés en nuevos Componentes de Electrónica de Potencia, GiP, con el objeto de conocer:

Estado de la tecnología.

Nuevas tecnologías de fabricación.

Ventajas e inconvenientes de estas nuevas tecnologías, tanto analizando la literatura como realizando análisis prácticos en laboratorio.

Disponibilidad de estos componentes y sus costes.

Viabilidad de poder desarrollar componentes a medida y facilidad de fabricación.

Posibilidades que se abren en topologías de conversión si se utiliza estos nuevos componentes.

Proponer un proyecto de demostrador tecnológico.

Iniciativa en el País Vasco


Todos juntos podemos llegar a Todos juntos podemos llegar a disediseññar el futuroar el futuro

Ideas, resolutions, new Ideas, resolutions, new topologies, new topologies, new

applications, possible applications, possible proposals proposals

GiP miembros


La electrónica de potencia es

una tecnología estratégicaLa electrLa electróónica de potencianica de potencia es

una tecnologtecnologíía estrata estratéégicagica

Potenciar el desarrollo de la tecnología de

semiconductores GAP ancho con objetivos industriales es una inversión para el País.

Potenciar el desarrollo Potenciar el desarrollo de la tecnología de

semiconductores GAP ancho con objetivos industriales es industriales es una inversiuna inversióón para el Pan para el Paíís. s.

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