Kako bi poluvodički transformatori mogli podržati bum umjetne inteligencije
Transformatori su ključan, ali gotovo nevidljiv dio elektroenergetske mreže. Pomažu učinkovito prenositi struju na velike udaljenosti, no složeni su i nedostaju. Njihov osnovni dizajn nije se mnogo promijenio oko stoljeće, pa bi ga trebalo unaprijediti. Dok svijet nastoji zadovoljiti rastuću potražnju za električnom energijom od električnih vozila, podatkovnih centara i drugih korisnika, istraživači i tvrtke traže načine modernizacije. Novi solid-state transformatori mogli bi ublažiti dio zabrinutosti zbog opskrbe i pomoći mreži da podnese sve veći pritisak.
Klasični transformatori uglavnom se oslanjaju na velike količine specijaliziranih čeličnih legura i kilometre bakrene žice kako bi prenosili električnu energiju između strujnih krugova. Solid-state modeli umjesto toga spajaju magnetske komponente s poluvodičima velike snage, zbog čega su kompaktniji i omogućuju bolju kontrolu toka električne energije. Ti su uređaji još u razvoju i danas ne mogu zamijeniti sve tradicionalne transformatore, posebno najveće koji rade na visokim naponima potrebnima za prijenos na velike udaljenosti. Ipak, nova generacija transformatorske tehnologije mogla bi biti važan dio buduće mreže.
Kontekst
Prijenos električne energije mrežom nije savršeno učinkovit: dio se gubi kao toplina, a gubici ovise o naponu i struji. Viši napon i niža struja znače manje gubitke, pa je važno podizati i snižavati napon. Srdjan Lukic, profesor sa Sveučilišta North Carolina State, rekao je: “Transformatori su okosnica prijenosa i distribucije električne energije.” Primjerice, struja iz lokalne solarne elektrane može proći kroz transformator na solar farmi i još jedan u obližnjoj podstanici kako bi dosegnula dovoljno visok napon za visokonaponske prijenosne vodove. Solarne ploče proizvode istosmjernu struju, koja se prije transformatora mora pretvoriti u izmjeničnu pomoću invertera.
Blizu odredišta napon se snižava najmanje dvaput, primjerice u drugoj podstanici i u manjem transformatoru u naselju. U SAD-u struja iz solarne elektrane može se pretvoriti u izmjeničnu na oko 480 V, podići na 115.000 V za prijenosne vodove te na kraju sniziti na 120 V i 240 V za dom. Klasični transformatori to rade pomoću petlji žice, čelične jezgre od zrnato orijentiranog elektročelika i bakrenih zavojnica. Broj zavoja određuje napon, a magnetska indukcija omogućuje prijenos energije na novom naponu. Transformatori često pružaju i galvansku izolaciju, što znači da nema izravnog električnog puta kroz njih i da se ograničavaju smetnje u mreži, što povećava sigurnost.
Ključne brojke
Osnovni dizajn transformatora star je oko stoljeća. U opisanom lancu napon se snižava najmanje dvaput. U SAD-u se u primjeru solarne elektrane napon kreće od oko 480 V, preko 115.000 V na prijenosnim vodovima, do 120 V i 240 V u domu. Neki solid-state transformatori mogu imati približno jednu desetinu veličine klasičnih,.