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I trasformatori a stato solido stanno diventando il pezzo di tecnologia che l’industria elettrica aspettava da tempo, e la spinta arriva da dove forse era meno prevedibile. I data center costruiti per far girare l’intelligenza artificiale. Quegli stessi impianti che oggi vengono indicati come il principale motore dell’impennata dei consumi elettrici negli Stati Uniti, con reti sotto pressione e utility costrette a rincorrere la domanda, stanno finanziando indirettamente una svolta che potrebbe fare comodo a tutti.
Per capire perché la cosa abbia un peso, basta guardare come funziona un trasformatore tradizionale. Il progetto di base risale agli anni Ottanta dell’Ottocento. Due bobine di filo di rame avvolte a mano attorno a un nucleo di acciaio, campi elettromagnetici che alzano la tensione della corrente alternata per il trasporto sulle lunghe distanze e poi la abbassano per case e aziende. I modelli più grandi non si producono in serie, vengono costruiti su misura per le sottostazioni di ogni singola società elettrica. Risultato: tempi di consegna che possono arrivare a diversi anni, un collo di bottiglia che frena sia l’espansione delle reti sia la sostituzione degli apparati ormai vecchi.
Trasformatori a stato solido: una scatola sola al posto di tre blocchi d’acciaio
I trasformatori a stato solido lavorano in modo completamente diverso. Usano commutazione a semiconduttore ad alta frequenza per convertire le tensioni e possono essere fabbricati in serie con materiali come il carburo di silicio. Sono più piccoli, più leggeri, hanno una struttura modulare che permette di aggiornare o sostituire i singoli componenti e riescono a svolgere più compiti insieme, comportandosi come un dispositivo di elettronica di potenza tutto in uno.
Ed è proprio qui che entrano in gioco le grandi aziende tecnologiche. I data center pensati per l’IA stanno adottando architetture in corrente continua, perché i rack pieni di chip affamati di energia funzionano così. Un trasformatore a stato solido converte direttamente la corrente alternata che arriva dalla rete di distribuzione locale in corrente continua, senza bisogno di un apparecchio separato che faccia quel passaggio.
“È una specie di scatola magica che elimina un sacco di infrastruttura e offre anche un unico punto di controllo, togliendo di mezzo molti dei problemi di interoperabilità che si vedono in un data center tradizionale, dove vari componenti cercano di regolare la stessa cosa”, ha spiegato Srdjan Lukic, professore di ingegneria elettrica e informatica alla North Carolina State University. “Ora c’è un solo stadio di conversione fuori dalla sala dati e poi si va dritti al rack.”
Dai server alle colonnine di ricarica
I data center sono, parole di Lukic, la “killer application per i trasformatori a stato solido in questo momento”. Diverse società statunitensi, tra cui Amperesand, Heron Power e DG Matrix, hanno raccolto complessivamente oltre 240 milioni di euro nell’ultimo anno per portare la tecnologia sul mercato. Il vantaggio non è solo di spazio: serve molto meno rame e altri materiali, e l’ingombro ridotto libera superficie utile per altro.
Sul lungo periodo, una commercializzazione riuscita potrebbe allentare la carenza cronica che colpisce i trasformatori di potenza in generale. “Ci sono relativamente poche aziende specializzate che fabbricano trasformatori convenzionali, mentre quelli a stato solido sono come un dispositivo elettronico”, ha detto Lukic. “Apre completamente lo spazio a chi può entrare in questo settore, e apre anche i luoghi dove i trasformatori possono essere prodotti.”
Gli stessi vantaggi valgono per la ricarica dei veicoli elettrici, che pure si basa sulla corrente continua. Lukic e i colleghi hanno mostrato di recente un trasformatore a stato solido collegato a una linea di rete attiva capace di gestire fino a 1 megawatt durante la ricarica della batteria di un’auto elettrica, abbassando la tensione e facendo la conversione da alternata a continua nello stesso momento.
La dimostrazione si svolge in un laboratorio dell’Electric Power Research Institute a Lenox, in Massachusetts, e chiude un percorso avviato nel 2018 insieme alla New York Power Authority. Il dispositivo, circa 1 metro per 1,5 per 2, sta in un container dal maggio 2026 e tornerà alla NC State a settembre dopo mesi di test in condizioni estive.
“Sembra una grossa scatola da trasformatore con una forma leggermente diversa, un blocco di quello che pare acciaio”, ha raccontato Lukic. “Sostituisce tre blocchi d’acciaio con uno solo e toglie gran parte del cablaggio e degli scavi che di solito servono per un’applicazione di ricarica elettrica.”
Dentro c’è un fronte attivo che dialoga con la rete, un convertitore da alternata a continua e un trasformatore di isolamento ad alta frequenza. Il pezzo decisivo, ha precisato Lukic, è stato proprio quel componente di isolamento costruito su misura, in grado di reggere “l’intero stress della rete, la piena tensione di distribuzione” in un volume tutto sommato compatto. Restano ostacoli ingegneristici e commerciali. L’adozione da parte dei data center però può servire a ridurre il rischio percepito e spianare la strada ad altri usi, dalla ricarica elettrica nelle aree densamente popolate alla distribuzione in continua dentro le case.
