EnergyVille's onderzoekers werken ook rond vermogenelektronica, meer bepaald rond nieuwe materialen voor vermogenelektronische apparatuur, efficiënte en betrouwbare vermogenelektronische convertoren en DC Nanogrids.

Daarnaast behoort energieconversie tot de onderzoeksonderwerpen.

Elektrisch
Thermisch
Kris Baert

Contact

Kris Baert

Business Developer Solar and Electrical Energy Networks at EnergyVille/KU Leuven
photo_Johan_Driesen

Contact

Johan Driesen

Professor at EnergyVille/KU Leuven
wilmar martinez

Contact

Wilmar Martinez

Professor at EnergyVille/KU Leuven

Nieuwe materialen voor power devices en geavanceerde of nieuwe power devices

In het hart van alle vermogenelektronica zitten halfgeleiderschakelaars. Tot nu toe waren dat vooral componenten gebaseerd op silicium componenten. Door het overstappen naar bijvoorbeeld GaN (Gallium Nitride) materialen kunnen deze schakelaars nog efficiënter worden en nog sneller schakelen. Daardoor worden de convertoren uiteindelijk veel compacter en kleiner gemaakt en zullen ze ook een hoger rendement hebben.

EnergyVille probeert in haar onderzoek GaN schakelaars te maken op geïntegreerde wijze, zodanig dat we uiteindelijk een geïntegreerde component bekomen waar alle nodige schakelaars voor 1 convertor inzitten. Daarbij wordt ook gekeken naar de package van de component, om de warmte zo efficiënt mogelijk af te voeren.

Efficiënte en betrouwbare power converters

Binnen EnergyVille worden vermogenelektronische convertoren ontwikkeld die gebruikmaken van de meest moderne GaN- en SiC-technologie voor bijvoorbeeld de uitrol van het LVDC-net, efficiënte aandrijvingen en batterij-interfaces. De focus ligt voornamelijk op een hoge step-up en hoge step-down DC/DC-conversie waarbij betrouwbaarheid, efficiëntie en compactheid belangrijke parameters zijn. Toepassingsgebieden zijn te vinden in Point-Of-Load (POL) en geïntegreerde module-niveau convertoren (MLC) voor Building Integrated PhotoVoltaics (BIPV). We beschikken over klimaatkamers om de thermische belasting te verhogen, waardoor extreme omgevingscondities worden nagebootst waarin de convertoren kunnen werken. Daarnaast beschikken we over opstellingen om het rendement nauwkeurig te bepalen.

Magnetische componenten voor wide-bandgap power converters

Tegenwoordig wordt, vanwege de toename van vermogenselektronica en energieverbruik, bijna 30% van alle elektrische stroom getransporteerd via een convertor, waarbij magnetische materialen worden gebruikt in motoren, reactoren, inductoren, filters, transformatoren, enz. Bovendien moeten door de opkomst van nieuwe wide-bandgap-halfgeleiders (GaN, Siliciumcarbide, etc.) de magnetische componenten op hogere frequentie werken. Dit vormt een uitdaging voor de performantie van transformatoren en inductoren in elektrische systemen. We werken aan de karakterisering, modellering en optimalisatie van magnetische componenten voor convertoren die een hoge efficiëntie, compacte afmetingen en goede werking hebben in combinatie met deze nieuwe halfgeleiders.

DC nanogrids

Hoewel elektriciteitsnetwerken in gebouwen en districten al ongeveer een eeuw lang zijn uitgerust met wisselstroomtechnologie op 50 of 60 Hz, roept de energietransitie de vraag op of dat nog steeds de juiste keuze is. De overgang naar gedecentraliseerde productie, energie-efficiënte technologieën en de elektrificatie in verwarming en transport dragen allemaal bij aan de vraag of de huidige "lock-in" van AC-technologie voor bouwtechnologieën nog steeds gerechtvaardigd is. EnergyVille onderzoekt laagspannings-DC-technologie en de potentiële veiligheidsproblemen. Om dit te doen, werd een representatief bipolair DC nanogrid op gebouwniveau (in tegenstelling tot de wide area microgrids) opgezet in het Home Lab van EnergyVille I. Hierbij ligt de focus nu op beveiligingen en het zo stabiel en flexibel mogelijk beheren van het DC nanogrid.

Erik De Schutter

Contact

Erik De Schutter

Business Developer Thermal Energy Systems at EnergyVille/VITO
Johan Van Bael

Contact

Johan Van Bael

Project Manager Energy Technology at EnergyVille/VITO

Energieconversie

De uitgebreide ontwikkeling van hernieuwbare, gedistribueerde energiebronnen zal leiden tot grote veranderingen in de energienetwerken. Trends omvatten bijvoorbeeld meer interactie tussen verschillende energiedragers zoals elektriciteit, chemische en thermische energiebronnen. Energiebeheer en opslag kunnen efficiënter worden aangepakt door gebruik te maken van meer uitgebreide energieconversiesystemen zoals warmtepompen en Organic Rankine Cycles of ORC’s. Tijdens periodes met hoge elektriciteitsprijzen zouden warmtekrachtsystemen zoals ORC's elektriciteit kunnen produceren op basis van warmte. Tijdens periodes met lage elektriciteitsprijzen zouden warmtepompen warmte op lage temperatuur kunnen opwarmen tot hogere temperaturen die bruikbaar zijn voor consumenten.

Conversiesystemen zullen een belangrijke rol spelen in het optimale gebruik van hernieuwbare energiebronnen en in de interactie tussen energienetwerken. De conversiesystemen moeten flexibel en efficiënt zijn en uitgerust met nieuwe componenten om te kunnen worden gebruikt als hub tussen netwerken en om extra diensten aan een of meer netwerken te leveren. De afgelopen jaren heeft EnergyVille zich geconcentreerd op warmtepompen, ORC's en warmtewisselaarconcepten.

Meer info over het ORC onderzoek binnen EnergyVille is hier te vinden.