Για πρώτη φορά η Πολυτεχνική Σχολή
του Πανεπιστημίου Πατρών
λαμβάνει επιχορήγηση
από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας (ERC)
στο πλαίσιο του προγράμματος Starting Grant (StG)
την οποία εξασφάλισε
ο Επίκουρος Καθηγητής Γεώργιος Καμπίτσης
Πρόκειται για ένα εξαιρετικά ανταγωνιστικό πρόγραμμα με ιδιαίτερα υψηλό κύρος, όπου ταλαντούχοι επιστήμονες από όλο τον κόσμο καταθέτουν τις ερευνητικές τους προτάσεις προς υλοποίηση σε φορείς υποδοχής της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του ERC StG είναι ότι οι αιτήσεις μπορεί να γίνουν σε οποιοδήποτε πεδίο έρευνας, με προσέγγιση “bottom-up”, χωρίς προκαθορισμένες προτεραιότητες. Προτάσεις που επιλέγονται για χρηματοδότηση χαρακτηρίζονται από το στοιχείο του “υψηλού ρίσκου – υψηλού κέρδους”.
Ο επιστημονικός υπεύθυνος του προγράμματος, ο κ. Καμπίτσης είναι νέο μέλος ΔΕΠ του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, από τον Δεκέμβριο του 2022, με αντικείμενο τα Ηλεκτρονικά Ισχύος με Εφαρμογές στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας. Στο παρελθόν έχει εργαστεί ως επιστημονικός συνεργάτης σε κορυφαίους ακαδημαϊκούς οργανισμούς της Ευρώπης, όπως το Imperial College London (ICL), Ηνωμένο Βασίλειο, το Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Ελβετία, και το Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ). To ERC StG είναι η δεύτερη μεγάλη Ευρωπαϊκή χρηματοδότηση που εξασφαλίζει ο κ. Καμπίτσης μετά το Marie Skłodowska Curie Individual Fellowship που υλοποίησε στο ICL. Ο τίτλος του ERC StG έργου που κατέθεσε ο κ. Καμπίτσης είναι: Reinventing Power Electronic Architectures for a Fully Integrated Power Converter-on-a-Chip (ENRICH).
Πρόκειται για 5ετή ερευνητική επιχορήγηση, μία από τις ελάχιστες που απονεμήθηκαν σε Έλληνες επιστήμονες. Πιο συγκεκριμένα, από το 2007 που ξεκίνησε ο κύκλος προγραμμάτων ERC StG μέχρι σήμερα έχουν αξιολογηθεί 57,060 προτάσεις και έχουν χρηματοδοτηθεί 6,042 έργα (ποσοστό επιτυχίας 10,59%) σε 33 χώρες. Συγκεκριμένα στην Ελλάδα, έχουν αξιολογηθεί 926 προτάσεις και έχουν χρηματοδοτηθεί μόλις 33, (ποσοστό επιτυχίας για την χώρα μας 3.56%). Μέχρι σήμερα, το Πανεπιστήμιο Πατρών έχει λάβει 3 ERC StG, όλα στον τομέα “Life Science”. Φέτος κατατέθηκαν 2696 προτάσεις από τις οποίες επιλέχθηκαν οι 400 (ποσοστό επιτυχίας 14.8%), 2 εκ των οποίον θα υλοποιηθούν στην Ελλάδα.
Tο κίνητρο πίσω από το πρόγραμμα ENRICH προκύπτει από την αυξανόμενη ανάγκη για αποδοτικά, συμπαγή και ελαφριά συστήματα μετατροπής ενέργειας που θα μπορούν να ανταποκριθούν στις σύγχρονες απαιτήσεις των αναπτυσσόμενων τομέων της ηλεκτροκίνησης και των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Ωστόσο, η σμίκρυνση των σύγχρονων ηλεκτρονικών ισχύος παρεμποδίζεται από τους περιορισμούς απόδοσης των συμβατικών ημιαγωγών ισχύος και του μεγέθους /βάρους των παθητικών στοιχείων. Το ερευνητικό έργο ENRICH προτείνει μια θεμελιώδη επανεξέταση ολόκληρης της αλυσίδας μετατροπής ηλεκτρικής ενέργειας, με συν-σχεδιασμό νέων τοπολογιών μετατροπέων πολλαπλών επιπέδων με νέες δομές ημιαγωγών, βασισμένες σε υλικά υψηλού ενεργειακού διακένου, όπως Νιτρίδιο του Γαλλίου (GaN) και Καρβίδιο του Πυριτίου (SiC).
Το οραματιζόμενο σύστημα θα είναι το ισοδύναμο υψηλής ισχύος του μετατροπέα ψηφιακού-σε-αναλογικό σήμα, που ελέγχεται άμεσα από ένα μόνο σήμα αναφοράς (ψευδοαναλογικός έλεγχος). Πρόκειται για την πρώτη προσπάθεια επίδειξης της ιδέας ενός διακόπτη επιλογής στερεάς κατάστασης, ο οποίος είναι απαλλαγμένος από μαγνητικά στοιχεία και επιτρέπει σε όλα τα ημιαγωγικά στοιχεία να συνδέονται παράλληλα με μια κοινή πηγή αναφοράς, αποφεύγοντας έτσι τις πολλαπλές ζώνες γαλβανικής απομόνωσης τάσης.
Αυτή η καινοτόμος προσέγγιση ανοίγει το δρόμο για πραγματική μονολιθική ενσωμάτωση ολόκληρου του μετατροπέα πολλαπλών επιπέδων σε ένα μόνο chip, με τη μορφή ενός επεξεργαστή ισχύος. Η προτεινόμενη παράλληλη αρχιτεκτονική αντιμετωπίζει όλες τις τρέχουσες προκλήσεις ολοκλήρωσης, όπως τα φαινόμενα crosstalk και back-gating. Ο επεξεργαστής ισχύος GaN έχει τεράστιες δυνατότητες να φτάσει σε πυκνότητες ισχύος ρεκόρ που μπορεί να ξεπεράσουν τιμές που είναι εφικτές σήμερα.
Η έρευνα εκτείνεται στα πεδία των Ηλεκτρονικών Ισχύος, της Επιστήμης Υλικών και της Θεωρίας Ελέγχου και έχει ως στόχο να αποφέρει πολλά οφέλη με σημαντικό τεχνολογικό και κοινωνικοοικονομικό αντίκτυπο. Ο προτεινόμενος επεξεργαστής ισχύος μπορεί να προσφέρει μια εναλλακτική λύση σε διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των ΑΠΕ, της ηλεκτροκίνησης και των αεροδιαστημικών εφαρμογών, όπου η απόδοση, ο όγκος και το βάρος είναι κρίσιμοι παράγοντες. Ο ελαφρύς σχεδιασμός είναι ιδιαίτερα κρίσιμος για μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (UAV), και υπερ-ελαφριά αεροσκάφη ηλιακής ενέργειας. Η τεχνολογία που θα αναπτυχθεί στο έργο ENRICH μπορεί επίσης να βελτιώσει την απόδοση του δικτύου μετατροπής ενέργειας στα Κέντρα Δεδομένων (π.χ. σε τροφοδοτικά αδιάλειπτης παροχής ενέργειας (UPS)), τα οποία έχουν εξελιχθεί σε ένα από τα πιο απαιτητικά φορτία των τελευταίων ετών, που ξεπερνά το 2% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας. Ο μικρο-μετατροπέας μπορεί επίσης να συμβάλει στην αύξηση της απόδοση κτιρίων, συμπεριλαμβανομένων των οικιακών συσκευών, των κλιματιστικών και άλλων φορτίων, αλλά και σε μικρές ΑΠΕ όπου ο καταναλωτής αναλαμβάνει ρόλο προμηθευτή.
Εκτός από τις προβλεπόμενες πιθανές βελτιώσεις στον βιομηχανικό τομέα, το έργο ENRICH αναμένεται να ωφελήσει εξίσου τον ακαδημαϊκό κόσμο εξερευνώντας έναν νέο κλάδο στον τομέα της μετατροπής ενέργειας. Από την επιστήμη των υλικών μέχρι τη θεωρία ελέγχου, αυτό το έργο θέτει τις βάσεις για καινοτομία, μεταφορά γνώσης, και περαιτέρω διεπιστημονικές συνεργασίες μεταξύ κορυφαίων ερευνητικών ομάδων. Τέλος, αναμένεται ότι η προτεινόμενη έρευνα μπορεί να πυροδοτήσει τη δημιουργία νέων προϊόντων σε εξειδικευμένες αγορές στις τεχνολογίες ενέργειας και νέων θέσεων εργασίας που θα συμβάλει στον επαναπατρισμό Ελλήνων ερευνητών και επαγγελματιών του εξωτερικού (brain regain).
