Por qué los inversores se están volviendo locos con los transformadores de estado sólido

No es ningún secreto que la red eléctrica está envejeciendo, pero una parte se destaca del resto. Los transformadores no han cambiado mucho desde que Thomas Edison fabricó su primera bombilla.

Ahora, varias nuevas empresas están trabajando para modernizar el transformador, reemplazándolo con electrónica de potencia moderna que promete dar a los operadores de la red más control sobre cómo y dónde fluye la electricidad.

“Se convierte en un dispositivo muy potente, equivalente a su enrutador de Internet”, dijo Subhashish Bhattacharya, cofundador y director de tecnología de Matriz de la DGdijo a TechCrunch.

Recientemente, tres nuevas empresas recaudaron rondas considerables para aumentar la producción de sus tecnologías de transformadores de estado sólido. Esta semana, la DG Matrix planteó una $ 60 millones Serie A y Heron Power aumentó 140 millones de dólares en una Serie B redondo. En noviembre, Amperesand recaudó 80 millones de dólares para perseguir el creciente mercado de centros de datos.

Los transformadores existentes son fiables y eficientes, pero eso es todo. Son instrumentos relativamente rudimentarios, fabricados en gran parte de cobre y hierro. Reaccionan pasivamente a los cambios en la red y sólo son capaces de realizar una tarea por dispositivo.

“Un transformador tradicional de acero, cobre y aceite no tiene monitoreo ni control”, Drew Baglino, fundador y director ejecutivo de Poder de la grúadijo a TechCrunch. En los casos en que hay picos de electricidad o una planta se desconecta, esto puede ser un riesgo.

Los dispositivos pueden incorporar energía de una variedad de fuentes diferentes (incluidas plantas de energía tradicionales, energías renovables y baterías) y transformar esa electricidad en corriente alterna (CA) o corriente continua (CC) en varios voltajes diferentes, lo que les permite reemplazar múltiples dispositivos.

Para los centros de datos, los transformadores de estado sólido ofrecen una alternativa atractiva, que les permite reducir la huella de sus sistemas de energía y al mismo tiempo les brinda un control más preciso sobre dónde y cómo se dirige la electricidad.

Los transformadores de estado sólido están a punto de llegar en un momento en el que los transformadores existentes están envejeciendo y la demanda de otros nuevos está aumentando: un superciclo tecnológico clásico. La mayoría de los transformadores de la red actual tienen varias décadas de antigüedad, de acuerdo a al Laboratorio Nacional de las Montañas Rocosas. A medida que aumenta la demanda de los centros de datos, los cargadores de vehículos eléctricos y otras partes de la red, NLR espera que la cantidad de energía que fluye a través de los transformadores se duplique para 2050.

Aunque los centros de datos son el primer mercado al que se dirigen estas empresas, también están atentos a la red eléctrica, que sólo en EE. UU. alberga hasta 80 millones de transformadores.

“Será necesario sustituir todos los transformadores de distribución. Más del 50% de ellos tienen 35 años. Hay una gran necesidad de actualización”, afirmó Baglino.

Debido a que están fabricados con materiales a base de silicio, son flexibles, controlables y actualizables por software. También son inmunes a las fluctuaciones de precios que sacuden el mercado del cobre.

“Los semiconductores de potencia son cada vez más baratos. El acero, el cobre y el petróleo, lamentablemente, no se encuentran en esa situación”, afirma Baglino. “Los precios de las materias primas pueden fluctuar en todas partes y, a menudo, subir”.

En un transformador antiguo, la energía fluye hacia el transformador a través de cables de cobre enrollados alrededor de un lado de un núcleo de hierro en forma de O. A medida que la electricidad fluye, induce un campo magnético en el núcleo. Al otro lado del núcleo, el campo magnético induce electricidad en otro conjunto de devanados de cobre. Si los cables se enrollan alrededor del núcleo más veces en el lado de entrada que en el de salida, el voltaje disminuirá en el lado de salida. Si la relación se invierte, el voltaje de salida aumentará.

Los transformadores de estado sólido evitan los devanados de cobre en favor de los semiconductores y utilizan materiales como el carburo de silicio o el nitruro de galio para manejar la conversión de frecuencia. Pueden venir en una variedad de configuraciones, y la configuración más completa consta de tres partes básicas: un rectificador que convierte la corriente alterna en corriente continua, un convertidor que cambia el voltaje de la corriente continua y un inversor que convierte la corriente continua nuevamente en corriente alterna.

A diferencia de los transformadores con núcleo de hierro, los transformadores de estado sólido pueden manejar energía que fluye en ambas direcciones, lo que los hace útiles en lugares que requieren energía de respaldo, como los centros de datos.

En un centro de datos, un transformador de estado sólido puede reemplazar muchos equipos diferentes, no sólo el transformador que reduce el voltaje de la red. Cada centro de datos utiliza energía de respaldo, lo que requiere varios dispositivos para alimentar la instalación. Los transformadores de estado sólido pueden realizar todas estas tareas en una sola caja.

La tecnología también permite que los centros de datos integren más fácilmente la llamada energía detrás del medidor, donde la capacidad de generación se conecta directamente al centro de datos en lugar de a la red. Por lo general, esto requiere otro conjunto de transformadores.

Y cuando se combinan con baterías a escala de red, los transformadores de estado sólido también pueden eliminar los sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS), liberando espacio dentro del centro de datos para más racks.

“Si sumas el costo de todo lo que sacamos, representamos entre el 60% y el 70% de ese costo”, dijo a TechCrunch Haroon Inam, cofundador y director ejecutivo de DG Matrix.

DG Matrix se ha centrado en su tecnología Interport, que puede dirigir energía desde múltiples fuentes a múltiples cargas de diferentes voltajes, una configuración para la cual la compañía posee múltiples patentes.

Mientras tanto, Heron Power está trabajando para transformar la energía de media tensión en centros de datos, granjas solares e instalaciones de baterías a escala de red. En un centro de datos, los transformadores Heron Link pueden proporcionar racks con 30 segundos de energía mientras las fuentes de respaldo se conectan. En total, Heron Link ocupa un 70% menos de espacio que las piezas existentes. En un parque solar, los transformadores de Heron Power pueden realizar funciones de inversor y transformador por el mismo precio.

En comparación directa, los transformadores de estado sólido todavía presentan un costo adicional en comparación con los transformadores de núcleo de hierro. Por esta razón, es poco probable que sustituyan a las gigantescas cajas acústicas de las subestaciones de red en un futuro muy próximo.

Pero en los centros de datos y centros de carga de vehículos eléctricos, donde los transformadores de estado sólido reemplazan muchos equipos, comenzarán a hacer avances.

Cuando finalmente lleguen a la red en mayor número, tendrán el potencial de reducir los costos de transmisión y distribución, uno de los mayores contribuyentes a la inflación de las facturas de servicios públicos.

Debido a que los transformadores de corriente son pasivos, incapaces de reaccionar ante las fluctuaciones, las redes de distribución se construyeron con una cantidad significativa de capacidad adicional, dijo Baglino. Sin embargo, los transformadores de estado sólido pueden responder a condiciones cambiantes, permitiendo a los operadores de la red enviar más energía a través de las mismas líneas.

“En realidad, es posible hacer que la infraestructura sea más asequible porque gastamos más kilovatios-hora en los mismos postes y cables”, afirmó. “Ahí es donde la inteligencia, en lugar de los objetos mecánicos pasivos que se diseñaron hace 100 años, puede marcar una gran diferencia”.