باحثون يصنعون أسرع وحدة طاقة بكفاءة مذهلة وتكلفة منخفضة.. كثافة طاقة أكبر خمس مرات

تتصاعد الاحتياجات العالمية للطاقة، مدفوعة بمراكز البيانات كثيفة الاستهلاك للطاقة التي تدعم الذكاء الاصطناعي وزيادة التصنيع. كيف يمكن للعالم تلبية هذه الاحتياجات المتزايدة؟
إحدى الإجابات هي تحقيق أقصى استفادة من الطاقة المنتَجة بالفعل وبأقل تكلفة. وفي سبيل هذا الهدف، طور باحثو NREL وحدة طاقة قائمة على السيليكون الكربيدي، وهي علبة تتحكم في تدفق الكهرباء بين الأنظمة، بكفاءة وكثافة طاقة لم يسبق لها مثيل، وبإمكانية تصنيع منخفضة التكلفة.
يُطلق على هذا الابتكار اسم ULIS، أو وحدة الطاقة الذكية منخفضة الحث فائقة السرعة. وبفضل أشباه الموصلات المصنوعة من السيليكون الكربيدي، تتميز ULIS بكثافة طاقة تفوق خمسة أضعاف التصاميم السابقة في عبوة أصغر، مما يمكّن الشركات المصنعة من إنتاج تقنيات أكثر كفاءة وخفة وحجماً أصغر.
تعمل الوحدة بقدرة 1200 فولت و400 أمبير، ومناسبة للاستخدام في مراكز البيانات، الشبكات الكهربائية، المفاعلات الصغيرة، وحتى المركبات الثقيلة مثل الطائرات الحديثة والمركبات العسكرية.

وحدة طاقة فائقة السرعة

الأهم من ذلك، أن ULIS تتميز بمستوى حث طفيلي—المقاومة لتغيرات التيار الكهربائي—أقل بمقدار سبعة إلى تسعة أضعاف أي وحدة طاقة سيليكون كربيدي حالية، مما يسمح بتحويل الكهرباء إلى أشكال قابلة للاستخدام بسرعة وكفاءة عالية، لتوفير طاقة أكبر من المصدر نفسه.
وقال فيصل خان، الباحث الرئيسي للمشروع في NREL “نعتبر ULIS إنجازًا حقيقيًا، إنها وحدة طاقة فائقة السرعة ستجعل الجيل القادم من المحولات الكهربائية أكثر كفاءة واقتصادية وحجماً أصغر.”
تتميز ULIS أيضًا بقدرتها على المراقبة الذاتية والتنبؤ بفشل المكونات قبل حدوثه، وهو أمر حاسم للتطبيقات عالية الكثافة مثل الطيران والمركبات العسكرية.

تصميم منخفض التكلفة بالكامل

تحققت ميزات ULIS الجديدة بفضل تصميم مبتكر، حيث يتم ترتيب الدوائر حول شكل ثماني مسطح، مما يسمح بزيادة عدد الأجهزة في مساحة أصغر وتقليل الحجم والوزن.
كما يسمح التوجيه الجديد للتيار بإلغاء أكبر قدر من التدفق المغناطيسي، مما يزيد الكفاءة الكهربائية.
بدلاً من المواد التقليدية الصلبة، تستخدم ULIS مواد بوليمرية مرنة تُربط بالنحاس لتصميم أخف وأقل تكلفة وسهل التصنيع. كما يمكن تشغيل الوحدة لاسلكيًا، بفضل بروتوكول اتصال منخفض التأخير، ما يجعلها قابلة للتركيب في أنظمة مختلفة.
ULIS جاهزة للتطور مع المستقبل، وقابلة للتوسع لتشمل أشباه الموصلات القادمة من السيليكون الكربيدي، النيتريد الغاليوم، وحتى أكسيد الغاليوم.

تأثير محتمل في التطبيقات المستقبلية:
• تحديث الشبكة الكهربائية الأمريكية: زيادة كمية الطاقة الموصلة للمستهلكين مع تقليل تكاليف الصيانة.
• تمكين الطائرات المتقدمة: توفير محولات كهربائية خفيفة وعالية الأداء لتقنيات مثل الطائرات الكهربائية العمودية.
• تغذية المدن ومراكز البيانات بالطاقة النووية الاندماجية المستقبلية: تصميم ULIS الصغير والموثوق يسمح بتطبيقها في أنظمة الطاقة النبضية المستقبلية.