La demanda mundial de energía está en aumento, impulsada por centros de datos de alto consumo energético que impulsan la inteligencia artificial y el aumento de la producción. ¿Cómo cubrirá el mundo estas crecientes necesidades energéticas?
Una respuesta es aprovechar al máximo la energía que ya producimos a un menor coste. Para lograr este objetivo, los investigadores del NREL han creado un módulo de potencia basado en carburo de silicio (una carcasa física para la electrónica de potencia que controla el flujo de electricidad entre sistemas) con una eficiencia, densidad de potencia y una fabricación a bajo coste sin precedentes.
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El avance, denominado módulo de potencia inteligente de inductancia ultrabaja del NREL, se conoce como ULIS. Alimentado por semiconductores de carburo de silicio, ULIS es capaz de alcanzar una densidad energética cinco veces mayor que los diseños anteriores en un encapsulado más pequeño, lo que permite a los fabricantes desarrollar y alimentar tecnologías más eficientes, compactas y ligeras. El módulo de potencia de 1.200 voltios y 400 amperios es apto para centros de datos, redes eléctricas, microrreactores e incluso vehículos pesados, como aeronaves y vehículos militares de nueva generación.
Lo más importante es que ULIS cuenta con una inductancia parásita (resistencia a los cambios de corriente eléctrica, principal obstáculo para cualquier conversión eléctrica) de siete a nueve veces menor que la de cualquier módulo de potencia de carburo de silicio de última generación. Su conversión ultrarrápida y ultraeficiente de la corriente eléctrica a formas utilizables permite a ULIS extraer más energía utilizable del suministro eléctrico. Esto lo convierte en una solución convincente para el problema de la demanda energética mundial.
Un verdadero avance
“Consideramos que ULIS es un verdadero avance”, afirmó Faisal Khan, investigador principal de electrónica de potencia del NREL e investigador principal del proyecto. “Es un módulo de potencia ultrarrápido y con visión de futuro que hará que la próxima generación de convertidores de potencia sea más asequible, eficiente y compacta”.
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Además, explicó Khan, el ULIS es especialmente adecuado para aplicaciones de alta intensidad, como la aviación y las operaciones militares, ya que el módulo, potente y ligero, también monitoriza su propio estado de salud y puede predecir fallos de componentes antes de que ocurran. Para aviones que vuelan a 9.000 metros sobre el nivel del mar o vehículos militares que atraviesan zonas de combate, ese nivel de fiabilidad puede marcar la diferencia entre la vida y la muerte.
“ULIS fue un esfuerzo verdaderamente orgánico, desarrollado íntegramente en el NREL”, dijo Khan. “Estamos muy emocionados de demostrar sus fortalezas en situaciones reales”.
Un diseño completamente nuevo
A diferencia de los módulos de potencia típicos, que ensamblan dispositivos semiconductores dentro de un encapsulado tipo ladrillo, ULIS enrolla sus circuitos alrededor de un diseño plano y octogonal. Su forma de disco permite alojar más dispositivos en un área más pequeña, lo que reduce el tamaño y el peso del encapsulado. Al mismo tiempo, el novedoso enrutamiento de la corriente permite la máxima cancelación del flujo magnético, lo que contribuye a la salida eléctrica limpia y de bajas pérdidas del módulo de potencia; en otras palabras, a su altísima eficiencia.
“Nuestra mayor preocupación era que el dispositivo se apagara y encendiera muy rápidamente, y necesitábamos un diseño que no creara un punto de estrangulamiento dentro del diseño”, dijo Shuofeng Zhao, un investigador de electrónica de potencia de NREL que diseñó la arquitectura de cancelación de flujo de ULIS.
