Светить задаром

Профессор Джаянт Балига о том, как повысить эффективность технологий вдвое

Фото:Matthias Pahl

В преддверии объявления лауреатов премии «Глобальная энергия»-2016 лауреат 2015 года, американский инженер Джаянт Балига рассказал «Чердаку» о самых перспективных энергосберегающих технологиях, об отраслях, в которых они наиболее востребованы, а также о своей передовой разработке — биполярном транзисторе.

— Вы занимаетесь биполярными транзисторами с изолированным затвором (БТИЗ). Что это такое?

— Биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ) — новый вид кремниевых устройств, который я создал в 1980 году, соединив принцип работы МОП-транзисторов (от слов «металл-оксид-полупроводник») и биполярных транзисторов. Эта технология в корне изменила силовую электронику больших мощностей, которая перешла с аналогового регулирования мощностей на цифровое. Это, в свою очередь, позволило значительно экономить энергию и создало новые, недоступные ранее решения для управления энергопотреблением.

В 1980-х годах я также предложил разрабатывать силовые полупроводниковые приборы, используя широкозонный полупроводник. Для этого была создана новая теоретическая база, которая включает уравнение критерия качества BFOM (Baliga's Figure of Merit) для электроприборов, которое я вывел. Это одно из трех фундаментальных уравнений промышленности полупроводников. Я вел разработку первых широкозонных энергетических устройств, используя арсенид галлия в 1980-х годах в General Electric. Затем я разработал первые элементы питания с высоким КПД на основании широкозонного полупроводника из карбида кремния в моих лабораториях в Университете Северной Каролины (NCSU) в начале 1990-х годов.

Джаянт Балига. Фото:


— Эта технология применяется на практике?

— Стоимость этой технологии до 2005 года была слишком высока. Но потом сразу несколько компаний со всего мира начали продавать продукты на основе карбида кремния, и в итоге цена упала. Сейчас я продолжаю работать над уменьшением стоимости производства устройств на основе карбида кремния в институте PowerAmerica при NCSU. Мы планируем сократить стоимость кремниевых БТИЗов вдвое в течение пяти лет. Тогда их можно будет широко внедрить в устройства силовой электроники, что повысит КПД и уменьшит их размеры благодаря более высокой рабочей частоте.
Фото: Matthias Pahl


— В принципе какие энергоэффективные технологии в ближайшие пять лет окажутся самыми востребованными?

— Сейчас исследователи и инженеры очень интересуются устройствами на основе широкозонных полупроводников из карбида кремния и нитрида галлия. Если их удастся внедрить, через пять лет энергоэффективность полупроводниковых технологий заметно вырастет.
Например, созданные мной кремниевые БТИЗы повысили КПД в управлении электродвигателей на 40% — с 50% до 90%. Устройства на основе широкозонных полупроводников увеличат эффективность еще на 2—5%.

Кроме того, они позволят уменьшить размеры и вес пассивных элементов электроники за счет использования более высокой рабочей частоты.

— Ожидаете ли Вы появления революционных технологий, позволяющих сберегать и разумнее тратить энергию, в течение ближайших 10 лет?

— Самая важная революционная технология для «умной» энергетики в ближайшие 10 лет — это возобновляемые источники энергии (ВИЭ).
Развитие солнечной и ветровой энергетики идет семимильными шагами, но их доля все еще крайне мала в общем энергетическом пироге — все же лидирует по-прежнему ископаемое топливо. Увеличение доли ВИЭ — важнейшая задача для сохранения здоровья людей и борьбы с глобальным потеплением. За последние 25 лет БТИЗ позволил сократить выбросы CO2 на 49,5 млрд. тонн. Можно ожидать, что энергосистемы на основе ВИЭ, в которых будут использоваться БТИЗ-инверторы, в будущем покажут столь же впечатляющие результаты.

— В какие отрасли в первую очередь придут энергоэффективные технологии?

— Энергоэффективные технологии уже играют важную роль в освещении — они используются для производства компактных люминесцентных ламп (во всем мире их продано уже больше 20 миллионов), а в будущем будут вовсю применяться для выпуска светодиодных ламп. Энергоэффективность домов, офисных помещений и заводов можно повысить, если начать активнее использовать технологии частотного преобразования управления вращением электродвигателей на основе БТИЗ в кондиционировании и управлении двигателями на производстве.

— А каким отраслям особенно недостает энергоэффективных технологий?

— И тут опять ответ — освещение. Это один из секторов, по крайней мере, в США, в котором энергоэффективные технологии входят очень медленно. Причина в том, что потребители недостаточно знают, как сильно они смогут сэкономить, используя компактные люминесцентные и светодиодные технологии. Эта экономия многократно компенсирует их высокую первоначальную стоимость по сравнению с лампами накаливания.
Алиса Веселкова
Теги:

Читать еще на Чердаке: