De ce transformatoarele în stare solidă atrag tot mai mulți investitori și promit să schimbe rețeaua electrică

Nu mai este un secret că rețeaua electrică îmbătrânește, însă un element iese clar în evidență. Transformatoarele aproape că nu s-au schimbat de pe vremea lui Thomas Edison și a primului său bec electric.

Acum, o serie de startup-uri lucrează la modernizarea transformatorului, înlocuindu-l cu echipamente electronice de putere moderne, care promit să ofere operatorilor de rețea un control mult mai bun asupra modului în care circulă energia și asupra direcției acesteia.

„It becomes a very powerful device, equivalent to your internet router”, a declarat Subhashish Bhattacharya, cofondator și CTO al DG Matrix, pentru TechCrunch.

Trei startup-uri au atras recent runde consistente de finanțare pentru a extinde producția tehnologiilor lor de transformatoare în stare solidă. Săptămâna aceasta, DG Matrix a obținut o rundă Serie A de 60 de milioane de dolari, iar Heron Power a strâns 140 de milioane de dolari într-o rundă de tip Serie B. În noiembrie, Amperesand a atras 80 de milioane de dolari pentru a urmări piața în plină expansiune a centrelor de date.

Transformatoarele clasice sunt fiabile și eficiente, însă cam atât. Sunt instrumente relativ rudimentare, realizate în mare parte din cupru și fier. Ele reacționează pasiv la schimbările din rețea și pot îndeplini un singur rol per dispozitiv.

„An old-school steel, copper, and oil transformer doesn’t have any monitoring, doesn’t have any control”, a explicat Drew Baglino, fondator și CEO al Heron Power, pentru TechCrunch. În situații în care au loc supratensiuni sau când o centrală iese brusc din funcțiune, lipsa de monitorizare și control devine o vulnerabilitate majoră.

Noile dispozitive pot integra energie dintr-o gamă largă de surse diferite – de la centrale clasice la surse regenerabile și baterii – și o pot transforma fie în curent alternativ (AC), fie în curent continuu (DC), la mai multe niveluri de tensiune. Astfel, pot înlocui mai multe echipamente separate.

Pentru centrele de date, transformatoarele în stare solidă reprezintă o alternativă atractivă. Le permit să reducă amprenta fizică a sistemelor de alimentare și, în același timp, să obțină un control mai fin asupra locului și modului în care este direcționată energia.

Transformatoarele în stare solidă sunt pe cale să apară pe piață într-un moment în care transformatoarele existente îmbătrânesc, iar cererea pentru altele noi crește brusc – un adevărat „superciclu” tehnologic. Majoritatea transformatoarelor din rețea au astăzi câteva decenii vechime, potrivit National Laboratory of the Rockies. Pe măsură ce cererea de energie din partea centrelor de date, stațiilor de încărcare pentru vehicule electrice și altor segmente ale rețelei crește, NLR estimează că până în 2050 puterea care va trece prin transformatoare se va dubla.

Deși centrele de date sunt prima piață vizată de aceste companii, ele privesc deja și spre rețeaua electrică propriu-zisă, unde numai în SUA există până la 80 de milioane de transformatoare.

„All of the distribution transformers are ultimately going to need to be replaced. Over 50% of them are 35 years old. There’s a big need for an upgrade”, a spus Baglino.

Deoarece sunt realizate din materiale pe bază de siliciu, aceste echipamente sunt flexibile, controlabile și pot fi actualizate prin software. În plus, sunt imune la fluctuațiile de pret care zguduie piața cuprului.

„Power semiconductors keep getting cheaper. Steel, copper, and oil, unfortunately, is not in that situation”, a mai spus Baglino. „Commodity prices can move all over the place, and they generally move up.”

Într-un transformator clasic, energia intră prin bobine de cupru înfășurate pe o parte a unui miez de fier în formă de O. Pe măsură ce curentul trece, el generează un câmp magnetic în miez. Pe cealaltă parte a miezului, acest câmp induce curent într-un alt set de bobine din cupru. Dacă numărul de spire pe partea de intrare este mai mare decât pe partea de ieșire, tensiunea scade la ieșire. Dacă raportul se inversează, tensiunea de ieșire crește.

Transformatoarele în stare solidă renunță la înfășurările masive de cupru în favoarea semiconductorilor, utilizând materiale precum carbură de siliciu sau nitrură de galiu pentru conversia frecvenței. Ele pot fi configurate în mai multe variante, însă cea mai completă configurație include trei părți de bază: un redresor care transformă curentul alternativ în curent continuu, un convertor care modifică nivelul de tensiune al curentului continuu și un invertor care transformă curentul continuu înapoi în curent alternativ.

Spre deosebire de transformatoarele cu miez de fier, transformatoarele în stare solidă pot gestiona energie care circulă în ambele direcții, ceea ce le face utile în locuri ce au nevoie de surse de rezervă, precum centrele de date.

În interiorul unui centru de date, un transformator în stare solidă poate înlocui mai multe echipamente diferite, nu doar transformatorul care reduce tensiunea venită din rețea. Orice centru de date folosește surse de alimentare de rezervă, care cer un lanț de dispozitive pentru a aduce energia în interiorul facilității. Transformatoarele în stare solidă pot prelua toate aceste roluri într-o singură „cutie”.

Tehnologia permite, de asemenea, centrelor de date să integreze mai ușor așa-numita energie „în spatele contorului”, adică producție conectată direct la centru, nu la rețeaua publică. În mod normal, aceasta ar necesita un set suplimentar de transformatoare.

Iar atunci când sunt cuplate cu baterii la scară de rețea, transformatoarele în stare solidă pot elimina și necesitatea sistemelor UPS (surse neîntreruptibile de energie), eliberând astfel spațiu în interiorul centrului de date pentru mai multe rackuri de echipamente.

„If you add up the cost of everything we’ve taken out, we’re 60% to 70% of that cost”, a declarat Haroon Inam, cofondator și CEO al DG Matrix, pentru TechCrunch.

DG Matrix se concentrează pe tehnologia sa numită Interport, care poate direcționa energie din mai multe surse către mai mulți consumatori cu tensiuni diferite. Este o arhitectură pentru care compania deține mai multe brevete.

Heron Power, pe de altă parte, lucrează la transformarea energiei de medie tensiune în centrele de date, parcurile solare și instalațiile cu baterii la scară de rețea. Într-un centru de date, transformatoarele Heron Link pot asigura rackurilor 30 de secunde de energie, în timp ce sursele de rezervă pornesc. Per ansamblu, Heron Link ocupă cu 70% mai puțin spațiu decât componentele existente. Într-un parc solar, transformatoarele Heron Power pot îndeplini atât rolul de invertor, cât și pe cel de transformator, la același preț.

Într-o comparație directă, transformatoarele în stare solidă sunt încă mai scumpe decât cele cu miez de fier. Din acest motiv, este puțin probabil să înlocuiască în viitorul apropiat acele cutii uriașe, care bâzâie, din stațiile de transformare ale rețelei.

Însă în centrele de date și în huburile de încărcare pentru vehicule electrice, unde transformatoarele în stare solidă pot lua locul mai multor echipamente simultan, ele vor începe treptat să câștige teren.

Când vor ajunge în număr mai mare direct în rețea, aceste tehnologii au potențialul de a reduce costurile de transport și distribuție a energiei, unul dintre principalii factori care alimentează scumpirea facturilor la utilități.

Transformatoarele de azi sunt pasive și nu pot reacționa la fluctuații. Din această cauză, rețelele de distribuție au fost proiectate cu un nivel mare de capacitate de rezervă, afirmă Baglino. În schimb, transformatoarele în stare solidă pot reacționa la condiții în schimbare și le permit operatorilor de rețea să trimită mai multă energie prin aceleași linii.

„You can actually make the infrastructure more affordable because you’re putting more kilowatt-hours through the same poles and wires”, a spus el. „That’s where intelligence, in place of passive mechanical objects that were designed 100 years ago, can make a big difference.”