Los transformadores de estado sólido empiezan a perfilarse como una alternativa para una red eléctrica presionada por el auge de la inteligencia artificial, los centros de datos y otros grandes consumidores de energía. Aunque todavía están en desarrollo, estas versiones compactas buscan modernizar un componente clave que ha cambiado poco en cerca de un siglo.

La red depende de equipos grandes, caros y difíciles de reemplazar

Los transformadores son esenciales para transportar electricidad a largas distancias y ajustar la tensión a distintas etapas del sistema. En la práctica, elevan y reducen el voltaje varias veces entre la generación y el consumo final, con pérdidas de energía en forma de calor a lo largo del camino.

Los modelos convencionales dependen de grandes cantidades de acero especializado y kilómetros de cable de cobre. Según Srdjan Lukic, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, cumplen además una función de aislamiento galvánico, que ayuda a limitar la propagación de perturbaciones en la red.

El problema, apunta Lukic, es que son voluminosos, difíciles de sustituir y costosos de instalar o reemplazar.

Cómo cambia el diseño de estado sólido

Los transformadores de estado sólido incorporan electrónica de potencia al diseño tradicional. En vez de limitarse a trabajar a la frecuencia de la red, convierten primero la corriente alterna en corriente continua y luego la vuelven a convertir en corriente alterna de mayor frecuencia mediante semiconductores como el carburo de silicio.

Ese control permite reducir el tamaño del núcleo magnético. Algunos de estos equipos pueden tener cerca de una décima parte del tamaño de un transformador convencional y, aun así, ofrecer la misma capacidad, según Lukic.

Además, pueden asumir tareas que hoy hacen otros equipos, como rectificadores e inversores. Eso reduce el espacio ocupado por el sistema eléctrico y puede disminuir pérdidas dentro de la instalación.

En agosto, la Autoridad de Energía de Nueva York y el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica probaron un transformador de estado sólido de un megavatio en las instalaciones de ensayo del EPRI. El equipo se construyó en el laboratorio de Lukic y, según él, fue la primera prueba de ese tipo para un transformador de esa capacidad.

El prototipo alcanzó una eficiencia aproximada del 98 %, frente al 96 % de un conjunto convencional equivalente. Lukic sostuvo que esa diferencia podría reducir a la mitad las pérdidas de energía de los equipos tradicionales, aunque el sistema probado sigue siendo de tensión relativamente baja, con operación en torno a 15.000 voltios.

A corto plazo, esta tecnología podría servir en centros de datos para alimentar racks de servidores. Sin embargo, llevarla a tensiones más altas, como las que exige la transmisión de larga distancia, todavía requiere más desarrollo de ingeniería.

Inversión, pruebas y límites para escalar

Las empresas del sector están poniendo el foco en centros de datos porque allí las exigencias de tensión son menores que en la transmisión eléctrica. En febrero, Heron Power captó 140 millones de dólares para comercializar su transformador de estado sólido, llamado Heron Link.

Su fundador y director ejecutivo, Drew Baglino, afirmó que la tecnología podría utilizarse en centros de datos, parques solares y baterías para la red eléctrica. La empresa también planea pruebas a mayor escala, incluidas baterías con una capacidad de diez megavatios-hora en su sede de Scotts Valley, en California, y un piloto con un parque solar cercano.

Uno de los desafíos de estos equipos es que su electrónica de potencia introduce más modos de fallo que los transformadores convencionales. Heron plantea un diseño modular: si una parte falla, el resto del sistema sigue funcionando hasta que se sustituye el componente afectado.

La empresa está construyendo una fábrica de 100 millones de dólares en California. Según su plan, empezará a producir en 2027 y alcanzará una capacidad máxima de 40 gigavatios de transformadores al año en 2029.

Mientras tanto, la cadena de suministro estadounidense ya acumula inversiones relevantes: Benjamin Boucher, analista de cadenas de suministro en Wood Mackenzie, dijo que en los últimos años se han invertido 1.700 millones de dólares en transformadores de potencia y otros 1.300 millones en transformadores de distribución.

Pero la expansión no alcanza el ritmo de la demanda. Los tiempos de espera para los grandes transformadores convencionales se están alargando hasta cinco años, sobre todo para nuevas centrales eléctricas, líneas de transmisión y centros de alta demanda como los de datos.

Boucher describió a los transformadores como uno de los mayores cuellos de botella para las compañías eléctricas, los promotores de generación y los centros de datos, en un mercado donde la fabricación sigue siendo muy técnica y depende de mano de obra especializada.