I pannelli solari e le turbine eoliche sono solo una parte del puzzle energetico. Perché l’elettricità verde possa scorrere senza ostacoli, la rete stessa ha bisogno di nuovi dispositivi. I ricercatori del progetto europeo SSTAR hanno sostituito il classico trasformatore con nucleo magnetico con l’elettronica di potenza e hanno verificato se un sistema simile regge l’alta tensione. I risultati dei test sono promettenti, e alla fine puoi scoprire se hai la stoffa dell’ingegnere delle reti del futuro.
Della transizione energetica si parla di solito in termini di vento, sole e acqua, cioè delle sole fonti di elettricità. Eppure cambiare le fonti è solo metà del lavoro. L’energia degli impianti rinnovabili deve ancora essere trasmessa e distribuita, e per questo serve una nuova infrastruttura di rete, e con urgenza.
«La transizione energetica richiede reti elettriche più flessibili, digitali, resilienti e in grado di integrare una quota elevata di energie rinnovabili», afferma Jonatan Peris Rivas della fondazione spagnola CIRCE, che coordina il progetto SSTAR finanziato dall’Unione europea.
Il protagonista del progetto è il trasformatore a stato solido, in breve SST. È un dispositivo elettronico di potenza avanzato, in cui il classico trasformatore con nucleo magnetico è sostituito da una commutazione a semiconduttore ad alta frequenza. Sembra un cambiamento costruttivo per specialisti, ma in pratica significa portare un elemento chiave della rete nel mondo dell’elettronica.
Il gruppo di SSTAR si è dato un obiettivo concreto: spingere questa tecnologia oltre la fase di bassa tensione e prepararla a funzionare nelle reti ad alta tensione. Si trattava di dimostrare che gli SST ad alta tensione possono passare dal concetto a prototipi convalidati sperimentalmente, con dati credibili in termini di prestazioni, sicurezza e sostenibilità.
I lavori sono andati avanti in parallelo in tre direzioni. Ognuna rispondeva a una sfida diversa, dai materiali all’elettronica stessa, fino al modo di controllare l’intero sistema:
Il primo fronte mostra che l’energetica moderna non è fatta solo di semiconduttori. Per isolare gli elementi del prototipo, il gruppo ha preparato un fluido di origine vegetale. È stato prodotto un campione di 200 litri, destinato ai test nel prototipo del trasformatore. In questo approccio l’ecologia riguarda non solo la fonte di energia, ma anche i materiali con cui è costruita l’apparecchiatura stessa.
Il secondo e il terzo fronte sono strettamente collegati. Il modulo ad alta tensione trasferisce energia in entrambe le direzioni grazie all’alimentazione induttiva. L’architettura decentralizzata, a sua volta, permette di collegare i singoli moduli in serie e di aumentarne il numero senza un unico controller centrale che supervisioni l’insieme. Una simile struttura dovrebbe facilitare la scalabilità della soluzione.
Tutti gli elementi sono stati integrati e convalidati in due banchi di prova certificati. Il prototipo basato sulla tecnologia IPT ha raggiunto un trasferimento di potenza di 76,7 kW a 1.500 V, con un’efficienza pari a circa il 95 % in condizioni di funzionamento risonante.
Altrettanto interessante è stato il test della versione a cascata. I ricercatori hanno collegato in serie 28 moduli e simulato condizioni di rete a 66 kV con 100 A RMS. Ciò corrisponde a una potenza di 660 kW per ramo, e tutto senza un controller centrale. I risultati confermano sia la scalabilità del sistema sia la sua efficacia tecnica.
Il gruppo non si è limitato alle misure elettriche. È stata condotta anche una valutazione di sostenibilità. «La nostra successiva valutazione di sostenibilità ha dimostrato che il concetto SSTAR può migliorare significativamente le prestazioni ambientali, soprattutto se alimentato da energia elettrica rinnovabile», spiega Peris Rivas.
I ricercatori hanno indicato anche gli ambiti in cui la nuova tecnologia ha le maggiori possibilità. Hanno ritenuto più promettenti le microreti industriali, i data center e gli impianti offshore per le energie rinnovabili.
Secondo il gruppo, il progetto ha tracciato un percorso chiaro verso trasformatori a stato solido ad alta tensione, tecnicamente promettenti, più sostenibili e rispondenti alle esigenze reali della rete. Gli SST stessi sono diventati una tecnologia concreta a sostegno dei sistemi basati sulle energie rinnovabili.
«Il progetto non si è limitato alle idee di laboratorio, ma ha prodotto prototipi convalidati, una valutazione di sostenibilità e sociale e una tabella di marcia chiara per raggiungere la maturità tecnica», sottolinea Peris Rivas. Il più grande successo del progetto è per lui proprio la combinazione di soluzioni tecniche e di una visione a livello dell’intero sistema. Sulla base dei risultati, i ricercatori continuano a perfezionare i prototipi, cercando partner industriali, investimenti e nuove fonti di finanziamento.
La transizione energetica non riguarda solo nuove fonti di elettricità, ma anche nuovi dispositivi nella rete stessa. Il progetto SSTAR ha mostrato che i trasformatori a stato solido possono uscire dal laboratorio e lavorare nel campo dell’alta tensione, con alta efficienza, un’architettura scalabile e un isolamento di origine vegetale. Per gli studenti di ingegneria energetica, elettrotecnica o elettronica è un buon esempio di quanti campi si incontrino in un unico dispositivo: dai materiali isolanti all’elettronica di potenza, fino ai sistemi di controllo.
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