As a result the share of electrical energy which will be controlled by
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Conferencia sobre Electrónica de Potencia: Presente y futuro de una industria referente en Euskadi TENDENCIAS Y RETOS DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA Ion ETXEBERRIA Responsable Área Automática y Electrónica de Potencia (AEP) 1 Conferencia sobre Electrónica de Potencia: Presente y futuro de una industria referente en Euskadi 1. La Electrónica de Potencia hoy 2. Los retos tecnológicos: Nuevos componentes y materiales Diseño multidisciplinar optimizado 3. El reto de las personas y la colaboración TENDENCIAS Y RETOS DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA 2 Conferencia sobre Electrónica de Potencia: Presente y futuro de una industria referente en Euskadi 1. La Electrónica de Potencia hoy TENDENCIAS Y RETOS DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA 3 1. La electrónica de potencia hoy ¿Qué es la electrónica de potencia? “Es la disciplina clave para convertir y controlar el flujo de energía eléctrica” ¿De qué elementos se compone un convertidor de electrónica de potencia? CONDICIONES ATMOSFÉRICAS CALOR RUIDO ACÚSTICO CALOR Envolvente mecánica Refrigeración Pasivos Fuente / Carga Topología POTENCIA Semiconductores Electrónica embebida Control VIBRACIONES Interfaz / Coms Ruido eléctrico Fiable Eficiente Coste reducido Tamaño y peso reducido Silencioso Fácil de montar y reparar Amigable con la red … Metodologías de diseño optimizadas Nuevos componentes y materiales 4 1. La electrónica de potencia hoy ¿Dónde se está aplicando? * Yole Développement 2010 ¿Qué papel juegan nuestras empresas? 5 1. La electrónica de potencia hoy ¿…. y desde la I+D? IKERLAN‐IK4: Más de 30 investigadores especializados en electrónica de potencia y control a los que se suman profesores de MU a tiempo parcial, y que junto con investigadores de sistemas embebidos, mecánica, gestión térmica y desarrollo de producto de IKERLAN‐IK4, constituyen un sólido equipo multidisciplinar de dilatada experiencia. Red de colaboradores: 6 1. ¿… y cómo será mañana? Strategic Research Agenda on Intelligent Power Electronics for Energy Efficiency (ECPE 2008): “Del total de la energía consumida en el mundo el 40% se consumía en forma de ELECTRICIDAD en 2008 y se estima que aumentará hasta el 60% en 2040”. “En el año 2000 el 40% de la energía eléctrica se controlaba por medio de sistemas de ELECTRÓNICA DE POTENCIA. En 2015 se espera que sea el 80%”. Desde el punto de vista del MERCADO: 3 vectores principales de transformación: SMARTGRIDS ELECTRIFICACIÓN TRANSPORTE EFICIENCIA ENERGÉTICA Desde el punto de vista de la TECNOLOGÍA: 1. La incorporación de nuevos componentes y materiales 2. El desarrollo de metodologías de diseño optimizadas y multidisciplinares 7 Conferencia sobre Electrónica de Potencia: Presente y futuro de una industria referente en Euskadi 2. Los retos tecnológicos: Nuevos componentes y materiales Diseño multidisciplinar optimizado TENDENCIAS Y RETOS DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA 8 2. ¿Qué semiconductores de potencia se discretos se utilizan hoy? Mercado total semiconductores potencia Discretos (80%) * Yole Développement 2010 Mercado módulos por aplicaciones Mercado módulos IGBTs tracción 9 2. ¿Cuándo estarán disponibles los nuevos componentes de banda prohibida ancha? Ministry of Economy, Trade and Industry, JAPAN (March 2008) Ventajas: Resistencia de conducción muy reducida Mejor comportamiento a altas temperaturas Mayor capacidad de tensión Menores pérdidas de conmutación, mayor eficiencia, y mayor frecuencia = diseños más compactos 10 2. ¿Cuál la situación actual y las perspectivas * Yole Développement 2010 del GaN y del SiC? GaN SiC Irrupción en el mercado de primeros dispositivos en 2010: EPC Corp (EPC 2010 FET, 200V, 12A, 25mΩ, 125°C). 2011: lanzamiento primer switch (CREE ‐ CMF20120D, 1200V, 80mΩ, 33A, 125°C). Tensión máxima: 200V (sectores de consumo y TICs). A corto plazo: Nuevas compañías (IR, MicroGAN, Furukawa, etc.) Tensiones 600V ‐ 900V (sector industrial y automoción). Futuro: vehículo eléctrico (a partir de 2014) y PV = previsión de 100M$ en 2015. Mercado GaN Diodos SiC: PFC, UPS y drives (23M$ ‘08). Precio elevado: entrada mercado lenta (4% SC discretos potencia en 2019). Hoy aplicaciones BT (<1.2kV) 99% del total, pero importante incremento en MT Mercado SiC > 1.7kV 11 2. ¿Cuál es la evolución en los materiales magnéticos? 4 tipos de materiales adecuados para transformadores de potencia: amorfos y de acero consolidados para aplicaciones de distribución (BF). Reto: Fabricación y comercialización de núcleos con características óptimas en alta potencia MF (existentes en baja potencia). Problemas: Alto coste y dificultad de industrialización de ciertos materiales. * IKERLAN 2011 12 2. ¿Cuáles son los retos en cuanto al diseño? Actualmente diseño basado en una combinación de: Experiencia Intuición Herramientas de análisis parciales Problemática multidisciplinar: CONDICIONES ATMOSFÉRICAS CALOR RUIDO ACÚSTICO Multi‐objetivo: CALOR Envolvente mecánica Refrigeración POTENCIA Pasivos Fuente / Carga Topología Semiconductores Ruido eléctrico Electrónica embebida Control VIBRACIONES Interfaz / Coms Metodologías y herramientas de optimización 13 2. Metodologías de diseño optimizado Ejemplo: método propuesto por Kolar*: OBJETIVOS: minimizar volumen y maximizar eficiencia Semiconductores Condensador Componentes magnéticos Filtros EMI *Performance Trends and Limitations of Power Electronic Systems, J.W. Kolar, ETH Zurich 14 Conferencia sobre Electrónica de Potencia: Presente y futuro de una industria referente en Euskadi 3. El reto de las personas y la colaboración TENDENCIAS Y RETOS DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA 15 3. El reto de las personas y de la colaboración Se necesitan personas formadas y motivadas … y una red de colaboración fuerte y estable 16 ESKERRIK ASKO MUCHAS GRACIAS MERCI - THANK YOU IKERLAN TECHNOLOGICAL RESEARCH CENTRE ietxeberria@ikerlan.es Pº J.M. Arizmendiarrieta, 2 20500 Arrasate – Mondragón (Gipuzkoa) Tel.: 943 71 24 00 Fax: 943 79 69 44 www.ikerlan.es 17
