Die Strominfrastruktur der Welt ist voll von Transformatoren, den Geräteteilen, die die Spannung ändern, während Strom durch das Netz fließt. Sie sind an fast jedem Punkt präsent, von Kraftwerken bis zu Telefonladegeräten. Sie sind seit ihrer ersten Entwicklung im späten 19. Jahrhundert größtenteils unverändert geblieben.
Diese Langlebigkeit ist ein Beweis für das ursprüngliche Design, aber auch dafür, wie wenig sich das Gitter in den vergangenen Jahren verändert hat.
Doch mit dezentralen erneuerbaren Energien, Batterien und Elektrofahrzeugen vollzieht sich der Wandel im globalen Stromnetz schneller als jemals zuvor im letzten Jahrhundert. Strom muss nicht mehr primär in eine Richtung fließen, von einer Handvoll riesiger Kraftwerke zu Millionen von Endverbrauchern. Stattdessen könnte jeder dieser Endverbraucher selbst Stromversorger sein, und das hat das Leben des bescheidenen Transformators zu einer Herausforderung gemacht.
Darüber hinaus ist die Nachfrage nach Transformatoren gestiegen überzogenes Angebotwas den Einsatz erneuerbarer Energieprojekte verlangsamt und die Kosten erhöht.
Hier kommen Festkörpertransformatoren ins Spiel, die versprechen, das zu sein, was der integrierte Schaltkreis für die Vakuumröhre war. Herkömmliche Transformatoren sind passive Geräte, die die Spannung der Leistung gedankenlos erhöhen oder verringern. Solid-State-Versionen versprechen deutlich mehr.
Seit Jahren sind es kaum mehr als Forschungsprojekte. Amperesand hofft, das ändern zu können. Das Leistungselektronik-Startup hat eine Seed-Runde in Höhe von 12,45 Millionen US-Dollar eingeworben, um das Team bei der Kommerzialisierung der Siliziumkarbid-Festkörpertransformatortechnologie zu unterstützen, die es in Forschungslabors an der Nanyang Technological University in Singapur entwickelt hat. Die Runde wurde gemeinsam von Xora Innovation, Temaseks Frühphasenzweig, und Material Impact geleitet. TDK Ventures und Foothill Ventures nahmen teil.
Funken fliegen
Heutige Transformatoren sind bewährt, sehr effizient und relativ kostengünstig. Aber sie sind auch riesig und können weder die Spannung noch die Frequenz regulieren. Bei zu starkem Anstieg oder Abfall kann das Netz destabilisiert werden.
Je mehr Dinge zum Netz hinzugefügt werden – von Solaranlagen bis hin zu Batterien für das ganze Haus und Schnellladegeräten für Elektrofahrzeuge –, desto größer ist die Gefahr, dass etwas schief geht. Ein Konverter an einer Windkraftanlage, der Frequenzen erzeugt, die mit der Windgeschwindigkeit steigen und fallen, kann eine konstante Leistung liefern, die sich geringfügig von der eines anderen Modells unterscheidet. Das Gleiche könnte auch für Batterieregler und Solarwechselrichter gelten. „Es gibt keine Einheitlichkeit, es gibt viel Zufälligkeit“, sagte Anshuman Tripathi, Mitbegründer und Vizepräsident für Technik, gegenüber Tech. „Wenn das passiert, brauchen Sie ein aktives Frontend.“ Dieses aktive Frontend nimmt die Leistung nicht nur so auf, wie sie gegeben ist, sondern trägt auch dazu bei, die Zufälligkeit zu glätten.
Diese Rolle können Halbleitertransformatoren übernehmen. Aber es wird noch mehrere Jahre dauern, bis sich risikoscheue Energieversorger dazu entschließen, sie zu nutzen. Deshalb beginnt Amperesand mit dem Verkauf an Ladestationen für Elektrofahrzeuge, um ihre Häfen mit Strom zu versorgen.
Ein Blick auf die Anlage von Amperesand. Bildnachweis: Amperesand
„Das Laden von Elektrofahrzeugen ist ein großartiger Anwendungsfall“, sagte Phil Inagaki, Geschäftsführer bei Xora und Interims-CEO von Amperesand. „Das Ausmaß dessen, was die Menschen in der Welt beim Laden von Elektrofahrzeugen einsetzen wollen, schafft den größten Markt für Transformatoren.“
Darüber hinaus sind Festkörpertransformatoren kleiner als ihre Vorgänger und haben einen geringeren Kühlbedarf, was bedeutet, dass Installationen bis zu 75 % weniger Platz beanspruchen können, sagte Inagaki. „Wenn Sie eine Schnellladestation in einer Stadt wollen, haben Sie möglicherweise nicht viel Platz“, sagte er. Auch außerhalb der Städte ist der Platz ein Faktor. „Ich war überrascht, dass die Leute im Schnellladebereich mehr darüber sprechen, als ich dachte.“
Amperesand sagte, dass es seine Transformatoren so skalieren kann, dass sie den Anforderungen verschiedener Standorte gerecht werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Transformatoren, bei denen es sich um monolithische Geräte handelt, können Halbleitertransformatoren aus Modulen aufgebaut werden. Brauchen Sie mehr Leistung? Fügen Sie einfach weitere Module hinzu.
Wir verändern die Art und Weise, wie Transformatoren hergestellt werden
Für ein Unternehmen, das teure netzgebundene Geräte verkaufen möchte, sind 12,5 Millionen US-Dollar nicht weit. Glücklicherweise rechnet das Startup nicht damit, dass es abgesehen von einer Endmontage in der Nähe des Einsatzorts der Transformatoren viel Fertigungsinfrastruktur aufbauen muss. Eine Reihe von Halbleiterherstellern können Siliziumkarbid-Geräte herstellen, und es gibt noch mehr Lieferanten, die Leiterplatten liefern können. Amperesand plant, die ersten Einheiten im Jahr 2025 in die USA und nach Singapur zu liefern und im folgenden Jahr vollständig zu kommerzialisieren.
„Alte Transformatoren basieren auf Eisenkernen und Ölkühlmitteln. Diese Dinge lassen sich in der Fertigung nur sehr schwer skalieren“, sagte Inagaki. „Nichts bringt Fortschritte in Bezug auf Leistung und Kosten wie die Halbleitertechnologie.“
Und da es sich bei Festkörpertransformatoren grundsätzlich um Halbleiter handelt, sind sie mit Sensoren ausgestattet, die Netzbetreibern detailliertere Daten liefern können, die ihnen tiefere Einblicke in die Netzleistung ermöglichen.
Sobald das Unternehmen die Technologie unter Beweis stellt und das Interesse der Kunden weckt, glaubt Inagaki, dass Amperesand den Umsatz schnell steigern kann. „Das ist nicht wie bei Einheiten mit niedrigem Angebotspreis“, sagte Inagaki. „Wir glauben, dass dies eine Art von Unternehmen ist, die schnell handeln könnte [reach] die ersten 100 Millionen US-Dollar Umsatz. Es hat viel Spielraum, um eine Umsatzrendite von 1 Milliarde US-Dollar zu erreichen, ohne den Gesamtmarkt in Bezug auf die bereitgestellte Infrastruktur zu beeinträchtigen.“
Wenn es dem Unternehmen gelingt, den Markt zu erobern, könnte es das Netz auf den Weg zum „Internet der Energie“ bringen, nach dem Experten seit Jahren schwärmen. Ein solches Raster würde nicht nur auf groben Signalen einiger weniger Punkte basieren, sondern wäre stattdessen mit Daten überflutet. Es kann schnell auf Nachfragespitzen reagieren, etwa wenn Elektro-Halbzeuge zum Aufladen angeschlossen werden, oder Stromstöße aus Solarstromgebieten auffangen oder auf verteilte Batterien zurückgreifen, um das Netz zu stabilisieren, wenn Wolken über diese Viertel ziehen.
Es wird noch Jahre dauern, bis das Internet der Macht Einzug hält, aber Festkörpertransformatoren könnten zu einem Eckpfeiler des Ganzen werden.