ממיר היברידי עם יציאה כפולה מבוסס על הממיר האוניברסלי המודולרי DC-AC/DC

אנרגיה לבתים ולקהילות

ככל שיותר בתים, מבנים ושכונות מתקינים פאנלים סולאריים, סוללות וכלי רכב חשמליים, הם זקוקים לציוד חכם שיכול להעביר חשמל ביעילות. מיקרו-רשתות רבות בעתיד יכללו גם חיווט מסורתי של זרם חילופין (AC) וגם קווי זרם ישר (DC) לצד זה. המחקר הזה מציג סוג חדש של ממיר כוח שיכול להזין גם מעגלי AC וגם מעגלי DC מתיבת יחידה קומפקטית, ובכך לפשט, להבטיח ולחסוך בעלויות במערכות אנרגיה מקומיות.

מדוע גם AC וגם DC חשובים

רוב המכשירים של היום והרשת הציבורית עובדים ב-AC, אך מקורות מתחדשים רבים והמכשירים האלקטרוניים עובדים מטבעם ב-DC. בבית או במיקרו-רשת קהילתית זה פעמים רבות אומר שימוש במספר ממירים נפרדים בשרשרת להתאמת מתח ולהמרה בין AC ל-DC. כל שלב נוסף מוסיף עלות, אובדן אנרגיה ומורכבות. במקביל, באירופה ובאזורים אחרים יש דחיפה משמעותית להפחתת פליטות פחמן ולעידוד "קהילות אנרגיה" מקומיות שבהן שותפים מצריכים כוח נקי. מגמות אלה מגבירות את העניין ברשתות היברידיות הנושאות גם AC וגם DC, ובאלקטרוניקה מודולרית שניתן לשחזר ולהגדיל לפי הצורך.

קופסה יחידה במקום שתיים

באופן מסורתי, אספקת גם AC וגם DC ממערך סולארי או סוללה דורשת שני בלוקים: ממיר להתאמת מתח ה-DC ומממיר נוסף להמרת DC ל-AC. הכותבים בונים על רעיון הממיר "האוניברסלי" הקודם ומעוצבים אותו כך ששלב הכוח היחיד יכול לבצע את שתי המשימות בו-זמנית. המכשיר שלהם מורכב מארבע יחידות זהות הנקראות תאי באק-בוסט. שלושה תאים יוצרים את שלושת הפאזות של ה-AC שמשמשות מבנה או רשת קטנה, בעוד התא הרביעי שומר על יציבות המתח של ה-DC. באופן מתוחכם, חוט הניוטרל של מערכת ה-AC מחובר ישירות לצד החיובי של יציאת ה-DC, כך ששני המתחים חולקים את אותו ייחוס חשמלי ללא צורך בטרנספורמטור בידוד כבד.

כיצד הממיר החדש מתנהג

בתוך כל תא, מעגלי חילוף אלקטרוניים מהירים וסלילים וקבלים קטנים מעצבים את הזרם, ומעלים או מורידים את המתח לפי הצורך. שלושת תאי ה-"AC" מייצרים גל סינוסואידי חלק שנושא מקדם DC על גביו, בעוד התא הרביעי שומר על רמת ה-DC יציבה. בגלל נקודת הניוטרל המשולבת, העמסות ה-AC רואות רק את חלק הריפל של הגל, בעוד העמסות ה-DC רואות את הערך היציב. החוקרים מדמים את הממיר בתנאים מציאותיים ואז בונים אב-טיפוס מעבדתי. במבחנים, מקור DC יחיד מזין 1 קילוואט של כוח AC תלת-פאזי ו-800 וואט של כוח DC בו-זמנית. מתחי ה-AC נשארים מאוזנים וכמעט סינוסואידים, ויציאת ה-DC נותרת קרובה לרמת היעד גם כאשר עמסות AC או DC מחליפות באופן פתאומי.

בטיחות, הארקה ואמינות

בחירות בהארקה חשובות לבטיחות במערכות מעורבות של AC ו-DC. בממירים דו-מתאם קונבנציונליים ללא בידוד, חיבור הניוטרל של ה-AC וקטב אחד של ה-DC לאדמה עלול ליצור באופן בלתי צפוי לולאה שמאפשרת זרמי תקלה גבוהים להסתובב, ולכן מעצבים בדרך כלל מוסיפים בידוד גלוונני. בעיצוב החדש, הניוטרל של ה-AC והקטב החיובי של ה-DC הם אותו נקודה פיזית, כך שקיימת רק נקודה פנימית אחת המחוברת לאדמה ואין לולאה נסתרת. זה מבטל את הצורך בחומרה נוספת לבידוד ויכול גם להפחית בעיות קורוזיה ארוכות טווח הקשורות לזרמי DC שוטפים. דימות תרמי של האב-טיפוס מראה שחלקי החום החמים ביותר הם המתגים הכוחיים, כפי שצפוי, אך הטמפרטורות שלהם נשארות בטווחים בטוחים וניתן להורידן עוד באמצעות שיפור קירור.

מה המשמעות לרשתות העתידיות

המחקר מראה שממיר מודולרי בשלב יחיד יכול לספק באופן אמין גם רשתות AC וגם רשתות DC ממקור DC יחיד תוך שמירה על גליים נקיים ושליטה מדויקת במתחים. למשקיע שאינו מומחה, המסר המרכזי הוא כי אותה ערכת "לבנים" אלקטרוניים קטנה יכולה להיות חוזרת ולשמש להזנת סוגי עמסות שונים במיקרו-רשת או קהילת אנרגיה. זה מצמצם חומרה, מפשט הארקה והגנה, ועשוי לשפר את היעילות הכוללת על ידי הימנעות משלב המרה נוסף. בהוספת בקרה בלולאה סגורה וסינכרון לרשת, ממירים כאלה יכולים להפוך לבנייני יסוד מרכזיים במערכות אנרגיה מקומיות נמוכות פליטות עתידיות.

ציטוט: Gutiérrez-Escalona, J., González-Antúnez, J.J., Roncero-Clemente, C. et al. Dual-output hybrid converter based on the modular universal dc-ac/dc converter. Sci Rep 16, 15203 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45619-6

מילות מפתח: מיקרו-רשת היברידית, ממיר כוח, הפצת AC DC, אלקטרוניקה מודולרית, מערכות אנרגיה מתחדשת