Por que os investidores estão ficando loucos com os transformadores de estado sólido

Não é segredo que a rede elétrica está envelhecendo, mas uma parte se destaca das demais. Os transformadores não mudaram muito desde que Thomas Edison fez sua primeira lâmpada.

Agora, uma série de startups estão a trabalhar para modernizar o transformador, substituindo-o por electrónica de potência moderna que promete dar aos operadores da rede mais controlo sobre como e onde a electricidade flui.

“Torna-se um dispositivo muito poderoso, equivalente ao seu roteador de internet”, Subhashish Bhattacharya, cofundador e CTO da Matriz DGdisse ao TechCrunch.

Três startups levantaram recentemente rodadas consideráveis ​​para aumentar a produção de suas tecnologias de transformadores de estado sólido. Esta semana, a DG Matrix levantou uma $ 60 milhões Série A e Heron Power levantado US$ 140 milhões em uma Série B redondo. Em novembro, a Amperesand arrecadou US$ 80 milhões para perseguir o crescente mercado de data centers.

Os transformadores existentes são confiáveis ​​e eficientes, mas isso é tudo. São instrumentos relativamente rudimentares, feitos em grande parte de cobre e ferro. Eles reagem passivamente às mudanças na rede e são capazes de realizar apenas uma tarefa por dispositivo.

“Um transformador tradicional de aço, cobre e óleo não tem nenhum monitoramento, não tem nenhum controle”, Drew Baglino, fundador e CEO da Poder da Garçadisse ao TechCrunch. Nos casos em que haja picos de eletricidade ou uma usina fique off-line, isso pode ser um risco.

Os dispositivos podem incorporar energia de uma variedade de fontes diferentes – incluindo usinas de energia tradicionais, energias renováveis ​​e baterias – e transformar essa eletricidade em corrente alternada (CA) ou corrente contínua (CC) em diversas tensões diferentes, permitindo-lhes substituir vários dispositivos.

Para data centers, os transformadores de estado sólido oferecem uma alternativa atraente, permitindo-lhes reduzir a área ocupada pelos seus sistemas de energia e, ao mesmo tempo, proporcionando-lhes um controle mais preciso sobre onde e como a eletricidade é direcionada.

Transformadores de estado sólido preparados para chegar num momento em que os transformadores existentes estão envelhecendo e a demanda por novos está aumentando – um superciclo tecnológico clássico. A maioria dos transformadores na rede hoje tem várias décadas, de acordo com para o Laboratório Nacional das Montanhas Rochosas. À medida que aumenta a procura dos centros de dados, dos carregadores de veículos elétricos e de outras partes da rede, o NLR espera que a quantidade de energia que flui através dos transformadores duplique até 2050.

Embora os data centers sejam o primeiro mercado que essas empresas buscam, elas também estão de olho na rede elétrica, que só nos EUA hospeda até 80 milhões de transformadores.

“Todos os transformadores de distribuição precisarão ser substituídos. Mais de 50% deles têm 35 anos. Há uma grande necessidade de atualização”, disse Baglino.

Por serem feitos de materiais à base de silício, são flexíveis, controláveis ​​e atualizáveis ​​por software. Eles também estão imunes às flutuações de preços que abalam o mercado de cobre.

“Os semicondutores de potência estão cada vez mais baratos. O aço, o cobre e o petróleo, infelizmente, não estão nessa situação”, disse Baglino. “Os preços das commodities podem oscilar em todos os lugares e geralmente sobem.”

Em um transformador antigo, a energia flui para o transformador através de fios de cobre enrolados em um lado de um núcleo de ferro em forma de O. À medida que a eletricidade flui, ela induz um campo magnético no núcleo. Do outro lado do núcleo, o campo magnético induz eletricidade em outro conjunto de enrolamentos de cobre. Se os fios envolverem o núcleo mais vezes no lado de entrada do que no lado de saída, a tensão diminuirá no lado de saída. Se a relação for invertida, a tensão de saída aumentará.

Os transformadores de estado sólido evitam os enrolamentos de cobre em favor dos semicondutores, usando materiais como carboneto de silício ou nitreto de gálio para lidar com a conversão de frequência. Eles podem vir em uma variedade de configurações, sendo a configuração mais abrangente composta por três partes básicas: um retificador que converte corrente alternada em corrente contínua, um conversor que altera a tensão da corrente contínua e um inversor que transforma a corrente contínua de volta em corrente alternada.

Ao contrário dos transformadores com núcleo de ferro, os transformadores de estado sólido podem lidar com a energia que flui em ambas as direções, tornando-os úteis em locais que necessitam de energia de reserva, como centros de dados.

Em um data center, um transformador de estado sólido pode substituir vários equipamentos diferentes, não apenas o transformador que reduz a tensão da rede. Cada data center usa energia de reserva, o que requer uma série de dispositivos para fornecer energia às instalações. Os transformadores de estado sólido podem realizar todas essas tarefas em uma única caixa.

A tecnologia também permite que os data centers integrem mais facilmente a chamada energia atrás do medidor, onde a capacidade de geração é conectada diretamente ao data center e não à rede. Isso normalmente requer outro conjunto de transformadores.

E quando acoplados a baterias em escala de rede, os transformadores de estado sólido também podem eliminar fontes de alimentação ininterruptas (UPS), liberando espaço dentro do data center para mais racks.

“Se você somar o custo de tudo o que retiramos, representamos 60% a 70% desse custo”, disse Haroon Inam, cofundador e CEO da DG Matrix, ao TechCrunch.

A DG Matrix tem se concentrado em sua tecnologia Interport, que pode direcionar energia de múltiplas fontes para múltiplas cargas de tensões diferentes, uma configuração na qual a empresa detém múltiplas patentes.

Enquanto isso, a Heron Power está trabalhando para transformar a energia de média tensão em data centers, fazendas solares e instalações de baterias em escala de rede. Em um data center, os transformadores Heron Link podem fornecer racks com 30 segundos de energia enquanto as fontes de backup ficam online. Ao todo, o Heron Link ocupa 70% menos espaço que as peças existentes. Em uma fazenda solar, os transformadores da Heron Power podem desempenhar as funções de inversor e transformador pelo mesmo preço.

Em uma comparação direta, os transformadores de estado sólido ainda apresentam um custo adicional em relação aos transformadores com núcleo de ferro. Por esse motivo, é improvável que substituam as gigantescas caixas de zumbido nas subestações da rede num futuro muito próximo.

Mas nos data centers e nos centros de carregamento de veículos elétricos, onde os transformadores de estado sólido substituem vários equipamentos, eles começarão a fazer incursões.

Quando finalmente chegarem à rede em maior número, terão o potencial de reduzir os custos de transmissão e distribuição, um dos maiores contribuintes para a inflação nas facturas de serviços públicos.

Como os transformadores atuais são passivos, incapazes de reagir às flutuações, as redes de distribuição foram construídas com uma quantidade significativa de capacidade ociosa, disse Baglino. No entanto, os transformadores de estado sólido podem responder às mudanças nas condições, permitindo que os operadores da rede enviem mais energia através das mesmas linhas.

“Na verdade, é possível tornar a infraestrutura mais acessível porque estamos gastando mais quilowatts-hora através dos mesmos postes e fios”, disse ele. “É aí que a inteligência, em vez de objetos mecânicos passivos que foram concebidos há 100 anos, pode fazer uma grande diferença.”