di Sofia Alchieri | Realizzare un inverter centrale da 7-8 MW completamente sigillato, raffreddato a liquido e in grado di entrare in un contenitore standard da 20 piedi rappresenta una sfida ingegneristica di primo livello.
È quanto ha fatto l’azienda spagnola Norvento Enerxía, specialista nelle energie rinnovabili, grazie a una stretta collaborazione con Tdk, che non si è limitata alla fornitura di componenti, ma ha contribuito con competenze di simulazione e supporto tecnico avanzato. Il risultato è stato una significativa riduzione dei tempi di sviluppo e la realizzazione di una piattaforma destinata a ridefinire gli standard di densità di potenza nel settore delle infrastrutture energetiche.
Massima potenza in uno spazio minimo
Alla base del progetto c’è il nuovo convertitore nXL di Norvento, progettato per applicazioni fotovoltaiche, sistemi di accumulo di energia e microgrid.
Fin dall’inizio, l’obiettivo del team di sviluppo era chiaro: realizzare un sistema completamente ermetico, senza alcuno scambio d’aria con l’ambiente esterno. Una scelta progettuale che offre numerosi vantaggi operativi, soprattutto in contesti particolarmente gravosi. Come spiega Ángel Mayor, responsabile dell’innovazione di Norvento e principale sviluppatore del convertitore: “L’obiettivo principale del progetto nXL era l’incapsulamento completo, il che significa che non vi è alcuno scambio d’aria tra l’interno del convertitore e l’ambiente esterno”.
Questa configurazione consente al sistema di operare in ambienti caratterizzati da elevata umidità, presenza di aerosol salini, particelle metalliche o ceneri vulcaniche, eliminando inoltre la necessità di sostituire periodicamente i filtri dell’aria. La gestione termica viene affidata interamente a un sistema di raffreddamento a liquido. Tuttavia, un design di questo tipo impone requisiti severi a numerosi componenti critici, in particolare al condensatore Dc Link, cuore dell’elettronica di potenza dell’intero sistema.
Il ruolo chiave del condensatore Dc Link
Per il convertitore nXL, il sistema di accumulo dell’energia sul bus Dc doveva soddisfare tre requisiti:
- una bassissima resistenza serie equivalente per ridurre le perdite energetiche;
- una bassissima induttanza serie equivalente per contenere le sovratensioni generate dalla commutazione dei semiconduttori;
- la capacità di funzionare in modo affidabile a temperature particolarmente elevate.
A questi aspetti si aggiungeva un ulteriore requisito: la modularità. “La modularità era un altro fattore importante, poiché avevamo bisogno di una soluzione che potesse essere adattata con flessibilità a diverse configurazioni”, sottolinea Mayor.
La scelta è ricaduta sulla famiglia ModCap di Tdk, già impiegata in precedenti collaborazioni tra le due aziende. Tuttavia, le condizioni operative del nuovo progetto richiedevano prestazioni superiori rispetto a quelle offerte dalle tradizionali tecnologie a film in polipropilene.
Una nuova generazione di condensatori
Per rispondere alle esigenze del progetto, Tdk ha sviluppato ModCap UHP, una nuova generazione di condensatori progettata per funzionare alla massima potenza anche a temperature fino a +105 °C.
La soluzione utilizza un nuovo materiale dielettrico denominato Epn (Ethylene Propylene Norbornene), ottenuto dalla combinazione di polipropilene e copolimero ciclo-olefinico. Questa miscela permette di conservare la lavorabilità del polipropilene, incrementando al contempo la resistenza termica del componente. Grazie a questa innovazione, Norvento ha potuto disporre di un condensatore in grado di mantenere elevate prestazioni anche nelle condizioni più impegnative, senza dover ridurre la potenza operativa del sistema.
Oltre il componente, il valore della simulazione
La fornitura del condensatore rappresentava però solo una parte della soluzione. Restavano infatti aperti diversi interrogativi legati al comportamento elettrico del sistema alle alte frequenze.
Come risposta, Tdk ha messo a disposizione il proprio know-how di simulazione utilizzando tecniche di Fea (Finite Element Analysis). L’intero Dc Link è stato modellato digitalmente per analizzarne il comportamento prima ancora della realizzazione del prototipo fisico. Uno dei maggiori vantaggi delle simulazioni Fea è la possibilità di validare il progetto prima della costruzione di prototipi fisici.
Questo approccio riduce la necessità di lunghe campagne di test di affidabilità e di stress, con un impatto diretto sul time-to-market. Come evidenzia Rodríguez di Tdk: “la simulazione ha consentito di risparmiare da due a tre mesi di attività di sviluppo e test”. Un beneficio importante in un mercato in rapida evoluzione come quello dell’elettronica di potenza per le energie rinnovabili, dove la velocità di innovazione rappresenta un fattore competitivo decisivo.
