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Electrónica contra el cambio climático

La nueva electrónica de potencia ofrece dispositivos capaces de trabajar en condiciones muy extremas y de afrontar los retos de las renovables. El nuevo LIA Wide-Lab hispano-francés, del CSIC y el CNRS, trabaja en ese ámbito.

 

Las turbinas eólicas, que pueden generar grandes voltajes, es un sector que se puede beneficiar de la nueva electrónica de potencia.El pasado 21 de marzo se presentó el Laboratorio Internacional Asociado LIA WIDE-Lab, dedicado a tecnologías de electrónica de potencia. Se trata de la asociación de tres grupos de investigación: del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) del CSIC, del Laboratoire Ampère (INSA-Lyon), del CNRS, y del Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes (LAAS), en Toulouse, también del CNRS.

La electrónica de potencia es la que está detrás de los dispositivos que regulan el uso de la energía que usan los aparatos electrónicos, electrodomésticos o automóviles.  Así, los cargadores de los móviles, los convertidores de la denominada tecnología “inverter”, los sistemas de potencia de los coches eléctricos... La mejora de estos dispositivos en los últimos años es lo que ha permitido tener aparatos que ahorran electricidad, que regulan la energía consumida y la que se toma de la red. Pero en el contexto actual de cambio climático, se plantea el gran reto de tener infraestructuras que permitan reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles. Este es uno de los ejes fundamentales del próximo programa europeo de investigación Horizon 2020.

Materiales de nueva generación

Hasta ahora, los dispositivos de potencia se realizan en silicio. Pero el silicio tiene limitaciones en condiciones extremas, como la alta tensión y las altas temperaturas. En los últimos años se han empezado a investigar el uso de nuevos materiales: el carburo de silicio, el nitruro de galio y el diamante. Son los llamados materiales “wide bandgap”, que permitirían sistemas de potencia mucho más eficientes, materiales muy robustos, adecuados para trabajar en condiciones muy extremas. Las tecnologías de carburo de silicio y de nitruro de galio están lo suficientemente maduras para poder ofrecer ya alternativas  a la industria.

José Millán, profesor de investigación del CSIC y líder del laboratorio del IMB-CNM que se integra el en LIA Wide Lab explica que “cuando se sobrepasan los 200 grados C de temperatura, el silicio deja de ser semiconductor. Y cuanta mayor sea la potencia de un dispositivo, también será mayor la cantidad de calor que se generará. El carburo de silicio evacua mucho mejor el calor disipado, lo que le permite resistir temperaturas mucho más altas.”

Foto de familia de la pasada presentación del LIA Wide-Lab en Barcelona.

Otra ventaja del carburo de silicio es que es mucho más fácil de encapsular que el silicio (en el caso del segundo, la encapsulación es tanto o más costosa que la propia fabricación del chip). “Eso es esencial si se piensa en aplicaciones como la automoción eléctrica”, sigue el prof. Millán, “en la que hay que poner los dispositivos de potencia al lado del motor, donde debe quedar suficientemente protegido y debe resistir altas temperaturas.”

En las renovables, la nueva electrónica de potencia será  crucial

En todas las aplicaciones de gran potencia eléctrica, como es el sector  de las renovables, concluye Millán, la nueva electrónica de potencia será crucial. Así, en las placas solares, que llegan a temperaturas puntuales muy altas; las turbinas eólicas, que pueden desarrollar grandes voltajes; o la red eléctrica inteligente (‘smart grid’), que debe ajustar la distribución de electricidad a puntos y consumidores con necesidades muy dispares.
 

También sensores biomédicos y un demostrador de rayos X

  Hay más ejemplos de desarrollos. Uno es el de los sensores biomédicos, como las agujas de impedancia en carburo de silicio que se están desarrollando en el IMB-CNM. En este caso, el carburo de silicio ofrece la ventaja de ser un material mucho más robusto que el silicio, lo que minimiza casi a cero el riesgo de rotura. Otro ejemplo es el de un demostrador de rayos X que están desarrollando en el IMB-CNM con la Universidad de Delft (Paises Bajos) y la empresa Philips. En este caso, se ha conseguido un aparato de rayos X que no sólo ha reducido el tamaño y el peso de forma general sino que se consigue que una menor radiación. “El aparato”, aclara José Millán, “trabaja a mayor frecuencia, lo que hace que sea mucho más rápido y, en consecuencia, la radiación recibida es menor”.

Tema relacionado: La nueva electrónica de potencia, en misión a Mercurio

Enlace al LIA Wide-LAb: http://wide-lab.eu/

 

 

La nueva electrónica de potencia ofrece dispositivos capaces de trabajar en condiciones muy extremas y de afrontar los retos de las renovables. El nuevo LIA Wide-Lab hispano-francés, del CSIC y el CNRS, trabaja en ese ámbito.