Elektrik şebekesinin yaşlandığı herkesçe biliniyor, ancak bir bölüm diğerlerinden daha fazla dikkat çekiyor. Transformatörler, Thomas Edison’un ilk ampulünü yaptığı günden bu yana pek değişmedi.
Şimdi ise, bir dizi girişim, transformatörleri modern güç elektroniği ile güncelleyerek, şebeke yöneticilerine elektriğin nasıl ve nerede aktığını kontrol etme olanağı sunmayı hedefliyor.
“Bu, internet yönlendiricisine eşdeğer çok güçlü bir cihaz haline geliyor,” diyor DG Matrix kurucu ortağı ve CTO’su Subhashish Bhattacharya.
Son zamanlarda, üç girişim, katı hal transformatör teknolojilerinin üretimini artırmak için büyük miktarlarda yatırım aldı. Bu hafta, DG Matrix 60 milyon dolarlık bir Seri A, Heron Power ise 140 milyon dolarlık bir Seri B yatırımı aldı. Kasım ayında, Amperesand, hızla büyüyen veri merkezi pazarına yönelik 80 milyon dolarlık bir yatırım topladı.
Mevcut transformatörler güvenilir ve verimli, ancak bunun ötesinde pek bir şey sunmuyorlar. Büyük oranda bakır ve demirden üretilmiş, şebekedeki değişikliklere pasif bir şekilde tepki veriyorlar ve her cihaz yalnızca bir görevi yerine getirebiliyor.
“Eski tip bir çelik, bakır ve yağ transformatörü, izleme veya kontrol yeteneğine sahip değil,” diyor Heron Power kurucusu ve CEO’su Drew Baglino. Elektrik dalgalanmaları veya bir enerji santralinin devre dışı kalması durumunda, bu bir sorun haline gelebilir.
Bu cihazlar, geleneksel enerji santralleri, yenilenebilir enerji kaynakları ve bataryalar dâhil olmak üzere farklı kaynaklardan güç alabilir ve bu elektriği alternatif akım (AC) veya doğru akım (DC) olarak farklı voltajlarda dönüştürebilir. Böylelikle, birden fazla cihazın yerine geçebilirler.
Veri merkezleri için katı hal transformatörleri, enerji sistemlerinin ayak izini küçültürken elektriğin yönlendirilmesine daha iyi kontrol sağlama olanağı sunuyor.
Katı hal transformatörlerinin, mevcut transformatörlerin yaşlandığı ve yeni transformatörlere olan talebin arttığı bir dönemde ortaya çıkması bekleniyor — bu da klasik bir teknoloji süper döngüsü anlamına geliyor. Bugün şebekedeki transformatörlerin çoğu birkaç on yıllık geçmişe sahip, Rockies Ulusal Laboratuvarı‘na (NLR; daha önce Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı) göre, veri merkezleri, elektrikli araç şarj cihazları ve şebekenin diğer bölümleri için artan talep göz önüne alındığında, 2050 yılına kadar transformatörlerden geçen güç miktarının iki katına çıkması bekleniyor.
Veri merkezlerinin hedef alındığı ilk pazar olmasına rağmen, bu şirketlerin elektrik şebekesine de odaklandığı görülüyor; sadece ABD’de 80 milyona kadar transformatör mevcut.
“Tüm dağıtım transformatörlerinin sonunda değiştirilmesi gerekecek. %50’den fazlası 35 yaşında. Bir yükseltme ihtiyacı var,” diyor Baglino.
Silisyum bazlı malzemelerden yapıldıkları için esnek, kontrol edilebilir ve yazılım güncellemelerine açıktırlar. Ayrıca, bakır piyasasındaki fiyat dalgalanmalarından da etkilenmezler.
“Güç yarı iletkenleri sürekli olarak daha ucuz hale geliyor. Ne yazık ki, çelik, bakır ve yağ bu durumda değil,” diyor Baglino. “Emtia fiyatları her yerde dalgalanabilir ve genelde yukarı yönde hareket eder.”
Eski tarz bir transformatörde, güç, O biçiminde bir demir çekirdeğin bir tarafına sarılmış bakır teller aracılığıyla transformatöre girer. Elektrik akarken, çekirdekte bir manyetik alan oluşturur. Çekirdeğin diğer tarafında, manyetik alan başka bir bakır bobinler setinde elektrik indükler. Eğer tellerin sargı sayısı giriş tarafında çıkış tarafından daha fazlaysa, çıkış voltajı azalır. Oran tersine dönerse, çıkış voltajı artar.
Katı hal transformatörleri, bakır sarılımlar yerine yarı iletkenleri tercih ediyor ve frekans dönüşümünü sağlamak için silisyum karbür veya galliyum nitrür gibi malzemeler kullanıyor. Farklı yapılandırmalarda gelebilen bu transformatörler, en kapsamlı kurulumlarıyla üç ana parçadan oluşuyor: alternatif akımı doğru akıma dönüştüren bir doğrultucu, doğru akımın voltajını değiştiren bir dönüştürücü ve doğru akımı tekrar alternatif akıma dönüştüren bir inverter.
Demir çekirdekli transformatörlerin aksine, katı hal transformatörleri her iki yönde akan gücü işleyebilir, bu da onları yedek enerjiye ihtiyaç duyan yerlerde, örneğin veri merkezlerinde faydalı hale getirir.
Bir veri merkezinde, bir katı hal transformatörü, yalnızca şebekeden voltajı düşüren transformatör yerine geçmekle kalmaz, aynı zamanda birçok farklı ekipmanın yerini alabilir. Her veri merkezi yedek enerji kullanır; bu da tesise güç getirmek için bir dizi cihaz gerektirir. Katı hal transformatörleri, bu görevlerin hepsini tek bir kutuda gerçekleştirebilir.
Bu teknoloji ayrıca veri merkezlerinin, güç üretim kapasitesinin doğrudan veri merkezine, şebekeye değil, bağlandığı arka ölçüm güçlerini daha kolay entegre etmelerine olanak tanır. Bu genellikle başka bir set transformatör gerektirir.
Şebeke ölçeğinde bataryalarla birleştirildiğinde, katı hal transformatörleri kesintisiz güç kaynaklarını (UPS) da ortadan kaldırabilir, böylece veri merkezinde daha fazla raf alanı açabilir.
“Çıkardığımız her şeyin toplam maliyetini hesaba kattığınızda, %60 ila %70 oranında maliyet düşüşü sağlıyoruz,” diyor DG Matrix kurucu ortağı ve CEO’su Haroon Inam.
DG Matrix, güçü farklı kaynaklardan farklı voltajlarla yüklemeye yönlendirebilen Interport teknolojisine yoğunlaşırken, Heron Power, veri merkezlerinde, güneş enerjisi santrallerinde ve şebeke ölçeğinde bataryalarda orta voltaj gücünü dönüştürme üzerine çalışıyor. Bir veri merkezinde, Heron Link transformatörleri, yedek kaynaklar devreye girmesi sırasında rafları 30 saniye boyunca besleyebiliyor. Toplu olarak, Heron Link, mevcut parçalardan %70 daha az yer kaplıyor. Güneş enerjisi santralinde, Heron Power’ın transformatörleri, aynı fiyatla hem bir inverter hem de bir transformatör görevi görebiliyor.
Direkt bir karşılaştırmada, katı hal transformatörleri hâlâ demir çekirdekli transformatörlere göre maliyet avantajına sahip değil. Bu nedenle, çok yakında şebeke alt istasyonlarındaki büyük gürültülü kutuların yerine geçmeleri pek olası görünmüyor.
Ancak, veri merkezlerinde ve elektrikli araç şarj merkezlerinde, katı hal transformatörlerinin birkaç ekipmanın yerini alması durumunda, yaygınlaşmaya başlayacaklardır.
Şebekeye daha fazla sayıda girmeye başladıklarında, iletim ve dağıtım maliyetlerini düşürme potansiyeline sahip olurlar ki bu da elektrik faturalarının artmasının en büyük nedenlerinden biridir.
Günümüz transformatörleri pasif olduklarından ve dalgalanmalara tepki veremediklerinden, dağıtım ağları önemli ölçüde yedek kapasitelerle inşa edilmiştir, diyor Baglino. Katı hal transformatörleri ise değişen koşullara yanıt verebilir, bu sayede şebeke operatörlerinin aynı hatlar üzerinden daha fazla güç iletmesine olanak tanır.
“Altyapıyı daha uygun fiyatlı hale getirebilirsiniz çünkü aynı direk ve tellerden daha fazla kilovat-saat geçiriyorsunuz,” diyor. “İşte burada akıllılık devreye giriyor; 100 yıl önce tasarlanan pasif mekanik nesneler yerine.”
