Senioringeniør Viktor Bobal ser ned i den rekordstore silisium-skiva. (Foto: Hilde Lynnebakken)
Senioringeniør Viktor Bobal ser ned i den rekordstore silisium-skiva. (Foto: Hilde Lynnebakken)

Smartere strømnett med nytt materiale

Vi bruker strøm i et forrykende tempo. Et nytt materiale til bruk i strømomformere skal gi mer fleksibilitet og mindre energitap.

Publisert

PowerBase

Prosjektet skal utvikle ny, energieffektiv kraftelektronikk, og det dekker hele verdikjeden fra råmaterialer via pilot-produksjonslinje til demonstrasjon av anvendelser.

PowerBase-konsortiet består av 40 partnere og koordineres av Infineon Technologies i Østerrike. UiO og Eltek er norske partnere.

PowerBase er finansiert gjennom EUs Horisont 2020, og har en blanding av offentlige og private midler. EU-bevilgningen dekker under halvparten av kostnadene. For UiOs og Elteks del bidrar Forskningsrådet med toppfinansiering.

Prosjektets budsjett er på 91 millioner euro over 3 år. I prosjektet inngår 6000 månedsverk, som tilsvarer 200 personer i 3 år.

www.powerbase-project.eu

Eltek

Eltek er et internasjonalt selskap med hovedkontor i Drammen. Eltek er utvikler og leverandør av høyeffektive strømomformere, hovedsakelig til pålitelig strømforsyning for telekom-infrastruktur og annen kritisk infrastruktur som trenger likestrøm.

Firmaet har om lag 2 500 ansatte og kontor i 40 land.

http://www.eltek.com/

Har du noen gang fundert på hvordan strømnettet vårt fungerer?

Hvis det ikke er del av jobben din, har du sikkert ikke det. Men nå foregår det en revolusjon i hvordan vi produserer, transporterer og ikke minst bruker strøm.

Vi lader laptoper, telefoner og elsykler, kobler til Teslaer og induksjonstopper – og vi installerer solcelleanlegg og vindturbiner i et forrykende tempo. 

Moderne strømnett

Ole Jakob Sørdalen. (Foto: Eltek)
Ole Jakob Sørdalen. (Foto: Eltek)

– Økt fornybar energiproduksjon er krevende for strømnettet siden den er relativt uforutsigbar og veldig variabel, sier Ole Jakob Sørdalen i det norske firmaet Eltek.

Dessuten er fornybar elektrisitetsproduksjon ofte distribuert, noe som kan føre til at strømretningen i nettet til tider går motsatt vei enn ved tradisjonell, sentralisert produksjon.

Induksjonsovner og hurtigladere for elbiler som har høye effekt-topper, er også krevende for nettet.

Smartere strømomformere kan, sammen med energilagring, gi den fleksibiliteten som trengs i moderne strømnett.

– Men det er viktig at omformerne har lav kostnad og er effektive, understreker Sørdalen.

Eltek har deltatt i utviklingen av høyeffektive strømomformere for telekom-industrien, men Sørdalen mener det er fortsatt potensial for å bedre virkningsgraden ytterligere.

Med telekom og datasentre som sterkt voksende forbrukere av strøm vil derfor høy virkningsgrad i strømomformerne få stor betydning for energieffektiviseringen i samfunnet, sier han.

Nytt materiale: GaN-på-Si

Bengt Svensson. (Foto: Hilde Lynnebakken)
Bengt Svensson. (Foto: Hilde Lynnebakken)

– Målet vårt er å redusere tapet med 80–90 prosent, forteller Bengt G. Svensson, professor ved Universitetet i Oslo. Det tilsvarer å kutte elektrisitetsproduksjonen med 10–15 prosent.

UiO deltar sammen med Eltek i gigantprosjektet PowerBase, et treårig europeisk prosjekt, som styres av det tyske IT-selskapet Infineon.  Budsjettet er på 870 millioner kroner.

PowerBase skal lage elektroniske komponenter basert på silisium dekket med galliumnitrid, GaN. Eller GaN-på-Si.

Det er grunnleggende egenskaper som gjør det nye materialet mer egnet. Svensson gir et eksempel:

– Ta en 1 centimeter lang bit av silisium. Over den kan du sette en spenning på 100 000 volt før den bryter sammen. En tilsvarende bit av materialet GaN-på-Si tåler 2–3 millioner volt.

Den nye elektronikken skal ikke bli dyrere enn den vi bruker nå, til tross for at den skal bli mer energieffektiv og dermed kreve mindre kjøling.

Rekordstore silisiumskiver

For å holde kostnadene nede skal PowerBase blant annet ta utgangspunkt i uvanlig store silisiumskiver, med en diameter på 30 centimeter. Svensson tror ikke noen har forsøkt å bruke så store skiver til kraftelektronikk før.

UiO skal undersøke defekter i silisiumskivene, spesielt om krystallstrukturen mangler noen silisiumatomer. Mangler atomene skal «hullene» tettes.

Kvalitetskravene for kraftelektronikk er strenge: 100 ganger færre defekter er tillatt sammenliknet med solcellesilisium.

Hele verdikjeden

PowerBase har hele 39 partnere fra 9 ulike land. Så mange aktører er med fordi prosjektet skal dekke hele verdikjeden fra silisium til ferdige komponenter.

UiO ble valgt ut på grunn av en unik kompetanse:

– Grunnleggende kunnskap om punktdefekter i silisium er det ikke så mange i Europa som har, sier Svensson, som forteller at seksjonen hans ble gransket i to dager av prosjektleder Infineon før UiO ble godkjent som partner.

Når UiO er ferdig med silisiumskivene, skal de sendes videre for å få lagt på et lag galliumnitrid, før materialene brukes til å lage komponenter.

Her kommer Eltek inn. Ole Jakob Sørdalen forklarer:

– Eltek skal spille rollen som en avansert bruker av komponenter basert på den nye materialteknologien. Vi vil utvikle og teste nye strømomformere hvor vi forsøker å utnytte de positive egenskapene til GaN-på-Si.