Enerji talebinin artması ve çevresel sürdürülebilirlik hedefleri, yeşil güç şebekeleri verimliliğini artırmak için yeni çözümleri gündeme getiriyor. Bu kapsamda, “Elmas Elektronikleri” olarak adlandırılan yeni bir çalışma, yüksek voltajlı güç şebekelerinde silikondan daha etkili olabilecek bir alternatif sunuyor.
Yeşil güç şebekeleri için “elmas elektronikleri” desteği
Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bilgi İdaresi’ne göre, 2050 yılına kadar küresel elektrik talebinin yaklaşık yüzde 50 artması bekleniyor. Bu artışın yanında, ABD’de üretilen enerjinin üçte ikisinden fazlasının müşterilere ulaşamayarak kaybolduğu belirtiliyor. Bu sorunlara çözüm olarak, Illinois Üniversitesi’nden Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği alanında yardımcı doçent Can Bayram liderliğindeki bir ekip, yüksek voltajlı doğru akım (DC) şebekelerine geçişin, alternatif akım (AC) şebekelerine göre enerji kayıplarını yüzde 90 oranında azaltabileceğini belirtiyor.
Yüksek voltajlı DC şebekeleri, AC şebekelerine göre enerjiyi uzun mesafelerde daha etkili bir şekilde taşıma avantajına sahip. Bu da özellikle güneş ve rüzgar enerjisi çiftlikleri gibi uzak bölgelerden enerji sağlayan kaynaklar için önemli bir potansiyel sunuyor. Ancak, bu tür bir şebekeyi desteklemek için hızlı ve güçlü güç elektroniği cihazlarına ihtiyaç duyuluyor.
Bayram, elmasın sert bir yarı iletken olduğunu ve termal iletkenlik açısından da en iyi bilinen malzemelerden biri olduğunu belirtiyor. Ayrıca, yüksek bir çökme gerilimine sahiptir, yani elektriksel iletken hale gelmeden önce yüksek bir gerilimi destekleyebilir. Tüm bu özellikler, elmas yarı iletken cihazlarının, geleneksel elektroniklere göre daha az malzeme kullanarak çok daha yüksek akım ve voltajlarda çalışabilmesini ve elektriksel performansta azalma olmadan ısıyı dağıtabilmesini sağlar. Bu da daha az maliyetli, taşıma ve kurulumda kolay bir sistem sağlıyor.
Çalışma, modern elektroniklerin en yaygın bileşenlerinden biri olan diyotların, yüksek voltajlara dayanabilmesine yardımcı olmak için “drift bölgesi” adı verilen kısmın kalınlığını artırmak zorunda olmasıyla karşılaşılan bir sorunu ele alıyor. Bayram liderliğindeki ekip, bu katmanları dikey yığın yerine yatay bir yapıya geçerek, elektrot katmanları arasındaki yatay mesafeyi ayarlayarak çökme gerilimlerini yüksek oranda ölçeklendirebildi. Bu sayede, mikronlar kadar ince “drift” katmanlarında bile rekor düzeyde çökme gerilimleri elde edildiği belirtiliyor.
Bayram, elmasın yarı iletken cihazlarına dayalı güç elektroniğinin, 5 megavatın üzerindeki yüksek güç seviyelerinde yarı iletken pazarına gireceğine inandıklarını söylüyor. Elmasa dayalı dönüştürücülerin, elmas cihazının kendisi genellikle standart silikon cihazlardan daha pahalı olsa bile, yarı iletken boyutunun azaltılması ve termal yönetimi de dahil olmak üzere sistemin basitleştirilmesi nedeniyle genel maliyeti önemli ölçüde düşüreceğini belirtiyor.
İlginizi çekebilir: Yeşil enerji teknolojileri için yapay zekanın önemi