Diarienr 2011-004477 Programbeskrivning för programmet Industridrivna F&Uprojekt inom SiC Power Center 2011-2015 Beslutsdatum 2011-09-23
2 (24) Innehåll T 1 Sammanfattning 4 2 Programmets inriktning 5 2.1 Vision... 5 2.2 Syfte... 5 2.3 Mål... 5 2.4 Framgångskriterier... 6 2.5 Ansats och strategi... 6 2.5.1 Kompetensuppbyggnad av den gemensamma plattformen... 8 2.6 Forsknings, utvecklings- och teknikområden... 8 2.6.1 Effektelektronik... 8 2.6.2 Kraftmoduler... 9 2.6.3 SiC-komponenter... 9 2.7 Energirelevans... 9 2.8 Samhälls- och näringslivsrelevans... 11 2.8.1 Behov för industri i Sverige... 11 2.8.2 Kostnadsfördelar för svenska skattemedel... 12 2.8.3 Unik styrka för SiC Power Center... 12 2.9 Miljöaspekter... 12 2.10 Projektgenomförare/projektdeltagare... 13 2.11 Avnämare/intressenter... 14 2.12 Arbetssätt... 14 2.12.1 Industridrivna F&U-projekt... 14 3 Bakgrund 15 4 Genomförande 17 4.1 Tidplan... 17 4.2 Budget och kostnadsplan... 17 4.3 Rättigheter, IP, avtal... Fel! Bokmärket är inte definierat. 4.4 Ansökningskriterier och hantering av ansökningar... 17 4.4.1 Krav på projekten... 18 4.4.2 Krav på sökande... 18 4.4.3 Villkor... 19 4.5 Programråd... 19 4.6 Kommunikationsplan och resultatspridning... 20 4.7 Syntes... 21 4.8 Utvärdering... 21
3 (24) 5 Avgränsningar 22 5.1 Forsknings-, utvecklings- och teknikområden... 22 5.2 Andra anknytande program, projekt och aktörer... 22 6 Ytterligare information 24
4 (24) 1 Sammanfattning Effektelektronik används för att omvandla elektricitet mellan olika spänningar i elnätet och styra effekten för exempelvis varvtalsstyrning av elmotorer. Nyckelkomponenter är de effekttransistorer och dioder som idag tillverkas i kisel. Kiselkarbidhalvledare (SiC) har en grundläggande förmåga att leda mycket ström och blockera höga spänningar med betydligt mindre förluster. SiC fungerar också vid högre temperaturer, vilket gör det möjligt att realisera mycket energieffektiva och kompakta effektomvandlare. Störst vinst med den nya teknologin fås för industriella applikationer med lite högre effekter, vilket gör det extra intressant för industrin i Sverige. Efter många års forskning i framförallt USA, Japan, Tyskland och Sverige börjar nu flera komponenttyper i SiC bli tillgängliga på marknaden. Dessa är dock i allmänhet inte direkt utbytbara mot befintliga kiselkomponenter, utan hela konstruktionen måste modifieras. Industrin i Sverige har en tyngdpunkt mot högre systemnivå och klarar inte detta själva. Det finns därmed ett stort behov av samarbete mellan aktörer längs hela värdekedjan för att utveckla nödvändiga kompetenser för implementering av SiC. Acreo bildar därför tillsammans med KTH, Swerea Kimab och ett antal industriföretag från olika branscher ett SiC Power Center. Dessa driver tillsammans prekompetetiva projekt för att utveckla en gemensam teknikplattform. Programmet stödjer industridrivna forsknings- och utvecklingsprojekt baserade på plattformen. Visionen är en reducering av förlusterna med 75 % i den effektelektronik som används för applikationer över 10 kw. Det innebär en besparing av el på 4 TWh per år i Sverige. Målet för programmet är att utvärdera användning av SiC-komponenter för olika industriella applikationer. Detta kommer skapa nya möjligheter för svensk näringslivsverksamhet och samtidigt bidra till energieffektivisering genom att utveckla produkter baserade på SiC som är effektivare än motsvarande etablerade produkter på marknaden idag. Energimyndigheten och Vinnova följer upp programmet med hjälp av resultatmått och indikatorer.
5 (24) 2 Programmets inriktning 2.1 Vision Programmets vision är att dess resultat på 20-års sikt kan leda till att reducera förlusterna med 75 % i den effektelektronik som används för applikationer över 10 kw. Det gäller framförallt varvtalsstyrning av fläktar och pumpar, större kraftaggregat och elfordon. Dessa står uppskattningsvis för mer än 25 % av elförbrukningen. Därmed skulle Sveriges behov av elenergi minska med storleksordningen 4 TWh, motsvarande ett halvt kärnkraftverk. 2.2 Syfte Energimyndighetens och Vinnovas syfte med programmet Industridrivna F&Uprojekt inom SiC Power Center är att stödja och skapa nya möjligheter för svensk näringslivsverksamhet inom kiselkarbidområdet och samtidigt bidra till energieffektivisering genom att utveckla produkter baserade på kiselkarbid som är effektivare än motsvarande etablerade produkter på marknaden idag. På detta sätt bidrar satsningen till Energimyndighetens och Vinnovas mål om att ställa om Sveriges energisystem och att gagna näringsliv i Sverige. 2.3 Mål Programmets mål är att inom 4 år utveckla systemlösningar för SiC och utvärdera potentialen av SiC-teknologi för energibesparing för minst 10 olika industriella applikationer. Dessa skall resultera i start av utveckling av nya produkter med SiC-elektronik hos 5 företag som deltagit i programmet. En långsiktig målsättning för programmet är att 50 % av svensktillverkade elprodukter med effektelektronik över 10 kw, om 10 år innehåller SiC. Det är dubbelt så mycket som förutspås för resten av världen. Indikatorer är: Patentansökningar - 10 Prototyper - 15 Verifierat energibesparingspotentialen med SiC i olika applikationer - 10 Artiklar - 30 Föredrag vid nationella konferenser - 10 Föredrag vid internationella konferenser - 10
6 (24) 2.4 Framgångskriterier Programmet: Har en tydlig kompetensprofil inom vilken programmet är internationellt konkurrenskraftigt och förmår att anpassa och stärka den med hänsyn till intressenternas behov och teknikutvecklingen Förnyar och utökar sin intressentkrets bland avnämare i Sverige Är väl förankrat inom institutet och institutets egna insatser i form av basorganisation och andra resurser för programmets verksamhet ökar successivt under programmets utveckling Åstadkommer resultat som avnämare har nytta av och som leder till kommersialisering och nya samarbeten Samverkar med andra forskargrupper och forskningsinstitutioner och har ett ökande inslag av internationellt, särskilt europeiskt forskningssamarbete i linje med avnämarnas önskemål. 2.5 Ansats och strategi Acreo bildar ett SiC Power Center tillsammans med Swerea Kimab och KTH Elmaskiner och Energiteknik. I centret kommer företag att kunna delta som vill implementera SiC i sina produkter, och företag som kan bidra med nödvändig teknologi för detta. Centret vänder sig till såväl svenska som internationella företag, då teknologin och applikationerna är universella. SiC Power Center skall fungera som en plattform för samverkan mellan aktörer i hela värdekedjan från material och komponenter till effektomvandlare och system.
7 (24) SiC Power Center Common program Generic projects System demonstration Packaging technology Device performance Acreo, Swerea Kimab, KTH power electronics + Industry All partners Industry driven SiC program Laboratory resources Simulation tools Electrical testing Reliability testing Selection of partners Project X Project Y Project Z Information sharing Project reporting Development trends Workshops External cooperation R&D projects Center partners + external partners EU research Eniac, Eureka Vinnova/EM/SSF/FFI Research cooperation KTH - Device LiU - Material Lund U - Power SHC Hybrid Car Figur 1. Verksamheten vid SiC Power Center består av ett gemensamt program och separata industridrivna projekt. Parterna deltar även i externa samarbeten. Verksamheten kommer att bestå av: Gemensam del med pre-kompetitiva projekt och resursuppbyggnad där alla parter bidrar med sin kompetens och kan ta del av resultaten. Industridrivna forsknings- och utvecklingsprojekt med stöd av detta program. Externa projekt som finansieras separat och som kan involvera andra parter och samarbeten med pågående forskningsprojekt inom området. MSEK Verksamhet Finansiering Gemensamt program Industriprojekt Totalt STEM + Vinnova Industri Acreo Swerea KTH 2011 Q4 4 3 7 2 3 2 2012 11 15 26 6 14 6 2013 14 15 29 6 15 8 2014 14 18 34 6 17 9 2015 14 12 28 4 13 9 Tot 57 63 120 24 62 34 Figur 2. Övergripande budget för hela verksamheten vid SiC Power Center.
8 (24) Verksamheten vid SiC Power Center planeras till en början för en period om 4 år. Hela verksamheten i centret har som mål att komma upp till en årlig nivå över 30 MSEK, delat lika mellan det gemensamma programmet och industridrivna programmet. Företagen bidrar med eget arbete och en kontantdel i form av medlemsavgift beroende på storlek och ytterligare finansiering beroende på vilka projekt man vill driva. Institut och universitet utför det mer forskningsnära arbetet och bidrar med laboratorieresurser och egna strategiska medel. Till detta bidrar Vinnova och Energimyndigheten med initialt stöd om totalt 3 MSEK till det gemensamma programmet och 21 MSEK över 4 år som matchande stöd till det industridrivna programmet. Parternas deltagande i andra nationella och europeiska program ger möjlighet till utökad verksamhet i ytterligare projekt, vilket ger större genomslagskraft. 2.5.1 Kompetensuppbyggnad av den gemensamma plattformen Energimyndighetens initiala stöd om 3 MSEK till det gemensamma programmet skall användas för grundläggande kompetensuppbyggnaden av plattformen genom 3 nya doktorander. Till denna bidrar även Acreo, KTH och Swerea med motsvarande resurser, vilket ger en total budget om 6 MSEK under de 2 första åren. Fortsatta finansieringen av doktoranderna år 3 och 4 planeras ske inom ramen för det gemensamma programmet inom SiC Power Center. Inriktningen på de 3 doktoranderna blir: Termomekanisk simulering av SiC system - Acreo Sammanfogningsteknologier för SiC byggsätt - Swerea Kretskonstruktion av SiC effektelektronik KTH 2.6 Forsknings, utvecklings- och teknikområden Programmet skall vara industridrivet och den detaljerade verksamheten kommer därmed att styras av industrins behov vid respektive ansökan. Följande övergripande områden omfattas: 2.6.1 Effektelektronik Fördelar med användning av SiC komponenter måste verifieras. Olika typer av SiC komponenter samt komponenter från olika leverantörer måste utvärderas i system. Svagheter av olika SiC komponenter kan då upptäckas på ett tidigt stadium och förbättringar i komponentdesign föreslås samt testas via simuleringar. Nya kompakta mekaniska konstruktioner måste utprovas och utvärderas i elektriskt och termiskt hänseende. Test och utveckling av prototypsystem med SiC-elektronik
9 (24) Designstudier och systemmodellering av effektelektronik med användning av SiC 2.6.2 Kraftmoduler För att dra full nytta av SiC elektronik och kunna realisera kompakta elektriska system med hög energitäthet krävs vidareutveckling av modulteknologin. Framförallt gäller det höjning av maximal arbetstemperatur utöver 200 C med bibehållen tillförlitlighet samt förbättrad värmeavledning. Nya infästnings- och chipkontakteringstekniker samt nya mekaniska konstruktioner måste testas. Test och utveckling av kapslings- och modulteknologi anpassade för SiC Modellering av prestanda och tillförlitlighet hos SiC-moduler. 2.6.3 SiC-komponenter Olika typer av SiC komponenter kräver specifik drivelektronik. Denna måste utprovas tillsammans med SiC komponenter i relevanta elektriska prototypsystem. SiC komponenter med prestanda som svarar mot applikationsspecifika krav måste kunna designas och tas fram. Test och utveckling av drivelektronik anpassad för SiC-switchar Utveckling av nya SiC komponenter baserade på tillgängliga material och tillverkningsprocesser och motsvarande önskade prestanda. 2.7 Energirelevans Effektelektronik används för transformering till olika spänningsnivåer, omvandling mellan växelström och likström, samt effektstyrning. Därvid erhålls idag typiskt förluster på storleksordningen 4-15 % beroende på typ av omvandling (DC-AC, AC-DC, DC-DC). Nyckelkomponenter är de kraftmoduler med dioder och transistorer som kan styra mycket höga strömmar och spänningar vid höga frekvenser. Genom att ersätta dagens kiselkomponenter med SiCkomponenter kan man öka verkningsgraden väsentligt och därmed reducera omvandlingsförlusterna med 30-75%.
10 (24) 100% Power conversion efficiency expected improvements 98% 96% 94% 92% 90% 88% 86% 84% 82% Silicon WBG (GaN, SiC) 80% DC-DC AC-DC DC-AC Figur 3. Ökning av verkningsgrad genom användning av SiC i olika effektomvandlare. Ref Yole 2011. Liknande resultat kan erhållas med andra bredbandsgapsmaterial som galliumnitrid (GaN), som också har mycket låga lednings- och switchförluster. GaN har dock sämre värmeledningsförmåga än SiC och klarar därför höga effekter sämre. Materialet innehåller flera defekter och finns inte som självbärande material, vilket begränsar möjligheter att tillverka högeffektkomponenter. Avancerade konstruktioner med låga förluster utvecklas även i kiselteknologi, men fungerar endast för lägre spänningar. SiC förväntas därför ha sin huvudsakliga användning för effekter över 10 kw och märkspänning över 1 kv. Det innebär i princip alla applikationer som använder 3-fas 400 V och över. Med en uppskattning att dessa applikationer förbrukar minst 25% av elenergin i Sverige (baseras på ECPE Strategic Research Agenda 2008) kommer en fullskalig implementering av SiC resultera i uppemot 3% sparad elenergi. Det motsvarar vid dagens 150 TWh elförbrukning ca 4 TWh, eller ett halvt kärnkraftverk. Med ökad användning av elenergi på grund av bland annat övergång till eldrivna bilar (+25% år 2050 enligt KVA 2010) ökar betydelsen framöver ytterligare. Teknologin kan även användas vid produktion av elektricitet. Vid storskaliga transformatorstationer är verkningsgraden redan mycket hög, men vid införande av många mindre energikällor (vind, våg, sol) kommer behovet av små effektiva
11 (24) effektomvandlare att öka. Även utvecklingen mot så kallade smarta nät ökar behovet av lokal effektstyrning och konditionering av elströmmen. Ett konkret exempel är solcellspaneler som ger mellan 400 och 1000 V likspänning beroende på infallande solljus under dagen. Med hjälp av en växelriktare omvandlas denna till stabila 400 V 3-fas växelström och kan matas ut på elnätet. Verkningsgraden är typiskt på 96 % vilket innebär att 4 % av energin förloras i form av värme i effektelektroniken. Med SiC har man visat att förlusten kan minskas till 1 %. Dessutom går växelriktaren att bygga kompaktare och väger hälften då behov av kylning minskat betydligt. 2.8 Samhälls- och näringslivsrelevans 2.8.1 Behov för industri i Sverige SiC-komponenter börjar nu bli kommersiellt tillgängliga, vilket öppnar möjligheten att realisera nya kompakta och energieffektiva kraftomvandlare. I Sverige finns det förhållandevis många exportorienterade systemföretag med eldrivna produkter i de högre effektområdena som därför har behov att integrera SiCteknologin för att bibehålla sin konkurrenskraft. Sverige har också en tradition inom effektelektronik som fungerar som underleverantörer till systemföretagen. SiC-komponenter är dock inte direkt utbytbara mot befintliga kiselkomponenter, utan hela effektelektronikkonstruktionen måste utvecklas för att utnyttja den nya teknikens potential. Det finns dessutom olika komponenttyper och teknologier med varierande prestanda som måste utvärderas i system. Väsentligt är även kapslings- och modulteknologi, samt drivkretsar anpassade för de nya SiCkomponenterna. De flesta applikationer behöver elektriska system med högre effekttäthet och därmed har de nytta av komponenter med lägre förluster och förmåga att arbeta vid högre temperatur. Detta är en omfattande verksamhet som kan vara svår att hantera hos varje enskild aktör. Det finns därför ett behov av samarbete längs värdekedjan och utbyte av erfarenheter. Detta inkluderar även samarbeten med parter utanför Sverige, speciellt på komponent- och modulnivå, då det nästan helt saknas starka inhemska aktörer. Programmet berör således industri i Sverige i form av: Systemföretag - transport, telekom, energi och industriell produktion Effektelektronik underleverantörer till systemföretagen
12 (24) Komponenter och material begynnande SiC industriell verksamhet som vuxit fram från 20 års forskning. 2.8.2 Kostnadsfördelar för svenska skattemedel Fördelen för industri i Sverige med detta program, är att man får möjlighet att göra en mer grundlig och forskningsbaserad utvärdering av potentialen av SiC i sin tillämpning. Det kommer att ge ett bättre beslutsunderlag inför en fullskalig produktutveckling, som kan bli mycket omfattande när även andra delar i systemet påverkas. Det kan t ex gälla val av kylsystem eller placering. Att vara tidigt ute med SiC-produkter kan vara mycket fördelaktigt vid detta teknikskifte, men också mycket kostbart om prestanda och kvalitet inte håller vad som förväntats, eller om fel designval görs. För svenska samhället innebär det kostnadsfördelar både avseende en konkurrenskraftig exportindustri och vid storskalig implementering minskad förbrukning av elenergi. Kunnandet kring tillämpning av den nya SiC-teknologin skapar också förutsättning för start av nya företag och etablering av utländska aktörer i Sverige. 2.8.3 Unik styrka för SiC Power Center De främsta fördelarna för industrin att nyttja Acreo och SiC Power Center som part för sin F&U inom SiC jämfört med att var och en samarbeta direkt med leverantörerna av SiC-komponenter (Cree, Infineon, Semisouth ) är: Tillgång till en mycket bredare kompetens från material till modul, huvudkrets och systemkonstruktion, än vad någon enskild leverantör kan erbjuda. Speciellt i Sverige saknas det mellanled mellan komponentproducenter och brukare Val av komponenttyp och leverantör optimerad för applikation baserad på oberoende tester och delade erfarenheter från andra parter Kompetens och resurser för gemensamma designstudier och simuleringar av alla delar i konstruktionen Möjlighet att ta fram prototypkomponenter med egen design Partnernätverk för produktutveckling. 2.9 Miljöaspekter Programmet syftar framförallt till att snabba upp implementering av energieffektiv SiC-elektronik. Den främsta miljövinsten är därför den besparing av
13 (24) elenergi enligt beskrivning under 2.7 som detta kommer leda till, vilket indirekt bör leda till mindre utsläpp av växthusgaser. En halvering av förlusterna i exempelvis en växelriktare innebär också en halvering av värmealstringen, varför hela den mekaniska konstruktionen kan göras mindre och lättare då behovet av kylning minskas. Med SiC kan man dessutom höja switchfrekvensen en tiopotens, vilket även minskar storleken på passiva komponenter som kondensatorer och spolar. Därmed går det att minska störande buller i det hörbara området. Utöver detta ger den höga verkningsgraden på effektelektroniken motiv att även vidareutveckla övriga delar i systemet för minskad miljöpåverkan. Till det kommer systemvinster som mindre materialåtgång vid lättare infästningskonstruktioner och lättare transporter. För fordon är viktbesparingen i sig ett motiv. Toyota räknar exempelvis med en minskad bränsleförbrukning på hela 10% med SiC jämfört med dagens kiselelektronik för sina fullhybrider. 2.10 Projektgenomförare/projektdeltagare Genomförare av de industridrivna F&U-projekten är i huvudsak de deltagande instituts- och universitetsparterna vid SiC Power Center (Acreo, Swerea Kimab, och KTH - Elmaskiner och effektelektronik) i samarbete med projektsökande industriföretag. Företagen skall också vara part i SiC Power Center för att bidra till den nödvändiga plattformen. Vid behov anlitas även extern expertis eller inköpta tjänster för en del av genomförandet. Det kan t ex gälla utvecklings- och konstruktionstjänster hos underleverantörer för tillverkning av prototyper Det är industriföretagen som står för projektansökningarna och som driver själva projektet. Syftet med detta upplägg är att säkerställa kommersiell relevans och nytta i de projekt som genomförs. Programmets mål är att utvärdera användning av SiC-komponenter för olika industriella applikationer. För att nå detta mål är det viktigt med väl sammanhållna forskarmiljöer med en kombination av seniora forskare, erfarna ingenjörer och högskole- och industridoktorander. Projekten kan därför innehålla stöd till såväl doktorander, ingenjörer och seniora forskare.
14 (24) 2.11 Avnämare/intressenter Avnämare till programmets resultat är utöver respektive projektdeltagare från industri, institut och universitet, även övriga parter i SiC Power Center. Genom sekretessavtal kan information och resultat från projekten spridas mellan parterna. En vidare krets av intressenter är företag utanför centret med liknande behov, som kommer kunna ta del av den offentliga informationen från projekten och framförallt kommer att kunna köpa de produkter och tjänster som utvecklas i projekten. 2.12 Arbetssätt 2.12.1 Industridrivna F&U-projekt Sökande företag måste ha för projektet relevant verksamhet i Sverige, och ska ha förutsättningar att skapa näringslivsverksamhet i Sverige, samt bidra till omställningen av energisystemet. Stödet ska gå till verksamhet i Sverige. Projekten består av en del som offereras av SiC Power Center genom Acreo, och en del som sökande företag utför själv. Projekten kan ha olika karaktär (tillämpad forskning eller experimentell utveckling) och därmed vara berättigade till olika stödnivåer. Maximala stödnivåer enligt SFS 2008:761 gäller för varje enskilt projekt, max 50% av offerten från Acreo. Företagens egna insatser måste minst vara lika stor som det finansiella stödet. Eventuella generiska projekt bör företagen gå in gemensamt och söka. Ett programråd bereder ansökningar och lämnar rekommendation om beviljande eller avslag till VINNOVA, som i samråd med Energimyndigheten fattar det formella beslutet. Var och en av myndigheterna kan själv anlita externa experter för bedömning.
15 (24) 3 Bakgrund Kiselkarbid (SiC) har grundläggande förmåga att styra högre spänningar vid högre frekvenser med mindre förluster än kisel. Kiselkarbidkomponenter fungerar också vid betydligt högre temperaturer; elektroniska kretsar fungerar över 600 C. Materialet är dock betydligt svårare att tillverka och under många år har fokus legat på utveckling av material utan defekter så att de teoretiska egenskaperna kan erhållas på riktiga komponenter. Sedan några år finns det nu högkvalitativt material kommersiellt tillgängligt (100 mm) och utvecklingen av olika nyckelkomponenter pågår för fullt. Idag säljs SiC-dioder i större volymer och olika typer av transistorer (BJT, JFET, MOSFET) lanseras. Störst fokus på användning av SiC kraftkomponenter i system sker idag i USA och Japan. Framförallt i Japan är man på väg att bygga SiC-baserade system för el- och hybridbilar. Men även i Europa finns det aktiviteter på systemnivå. T ex har man på Fraunhoferinstitutet i Tyskland testat SiC kraftkomponenter i växelriktare för solel och visat att man kan erhålla en effektivitet upp till 99%. Detta har fått hela solelbranschen att intressera sig för möjligheterna med SiC och de ledande leverantörerna har börjat lansera produkter med SiC-komponenter. Det betyder att SiC-teknologin håller på att mogna och kommer att få en bredare användning i ett 5 års perspektiv. Acreos kiselkarbidverksamhet har de senaste 8 åren fokuserat på utveckling av kraftkomponenter och odling av epitaxiella material för mer avancerad komponentdesign. Industriella kunder för SiC-kraftkomponenter är till största del från Japan. Med HOYA utvecklas MOSFET-komponenter på deras egna kubiska SiC-material (3C-SiC). Med DENSO finns ett samarbete på en JFET-komponent med mycket låga förluster för 1200V applikationer. Målet är att utvärdera komponenten för olika industriella applikationer. Dessutom bedriver Acreo F&Uverksamhet för utveckling av SiC kraftkomponenter och moduler inom flera projekt med partners som TranSiC, KTH, och Jönköpings Universitet. KTH i Kista har framförallt specialiserat sig på bipolära transistorer, vilket lett till startup företaget TranSiC, som nyligen köptes av Fairchild som är en stor aktör inom kraftelektronik. Vid Linköpings Universitet finns också en mycket stark forskningskompetens på kiselkarbidmaterial, med kommersialisering av deras teknik för substrattillverkning av Norstel i Norrköping. Även industriforskningsinstitut som SP och Swerea har börjat utveckla kompetens för kapsling och testning av kraftelektroniksystem.
16 (24) Med SiC-komponenter kan man få kraftelektronik som har mycket låga förluster, tar lite plats och som klarar att styra stora effekter även vid höga drifttemperaturer. SiC-komponenter är dock inte direkt utbytbara mot befintliga kiselkomponenter, utan hela konstruktionen och styrningen av kraftmodulen måste utvecklas. Den största vinsten kommer dessutom med de nya systemlösningar som möjliggörs med den effektiva SiC-baserade kraftelektroniken. Det som komplicerar bilden är att SiC-komponenter tillverkas med olika teknologier vilket leder till brett varierande prestanda även hos samma komponenttyper. Det finns därmed behov av jämförande elektrisk utvärdering på komponentnivå och framförallt i system. Väsentligt är även tillgång till kapslingsoch modulteknologi, samt drivkretsar anpassade för de nya SiC-komponenterna. Programmet bygger på erfarenheter av tidigare projekt som det av VINNOVA finansierade Högtemperaturelektroniska system helt i kiselkarbid för elektriska fordon (2007-02941) och det av Energimyndigheten finansierade SiC-baserade intelligenta multichip-effektmodulerför hybridfordon (2007-05098) inom vilken även ingick samarbete med ett av Energimyndigheten finansierat projekt vid Lunds Universitet (P30919-1).
17 (24) 4 Genomförande 4.1 Tidplan Programmet Industridrivna F&U-projekt vid SiC Power Center löper över 4 år med start 2011-10-01. Programmet fördelar sina medel genom utlysning till industriparterna i SiC Power Center. Sista utlysning sker våren 2015. Samtliga projekt skall vara avslutade innan 2015-11-30. 4.2 Budget och kostnadsplan Budgetramen från Energimyndigheten och VINNOVA för det industridrivna programmet uppgår till sammanlagt 21 miljoner kronor. Observera att medel, då budgeten är fastställd, inte kan flyttas mellan olika år. MSEK STEM Vinnova Industri kontant Industri eget arbete Totalt projekt 2011 0 1 1 1 3 2012 2 3 5 5 15 2013 2 3 5 5 15 2014 3 3 6 6 18 2015 2 2 4 4 12 Tot 9 12 21 21 63 Figur 4. Budget för industridrivna F&U-projekt inom SiC Power Center fördelat på insatser från de olika parterna. De enskilda F&U-projekten kommer att ha varierande omfattning och aktivitet beroende på vad som skall göras. 4.3 Ansökningskriterier och hantering av ansökningar Utlysningar till programmet görs två gånger per år, på våren respektive hösten. Inkomna skisser och ansökningar bereds av programansvarig och granskas sedan av ett programråd. Programrådets uppgift är att värdera ansökningar utifrån kriterier som formulerats i denna programbeskrivning. Det viktigaste kriteriet vid bedömning av ett projekt är dess överensstämmelse med programmets övergripande mål. Utöver detta bedöms bl a: Energirelevans Kommersialiseringspotential.
18 (24) Dessa bedömningar vägs och resulterar i en rekommendation från programrådet, för vidare beslut hos VINNOVA, som samråder med Energimyndigheten. VINNOVA svarar även för programmets administration och hanterar alla utbetalningar till projekten. 4.3.1 Krav på projekten Följande krav ska vara uppfyllda för att ansökan ska komma ifråga för prövning inom programmet: Företag som vill söka i utlysningen ska att ta kontakt med Acreo och efter samråd med Acreo utarbeta ansökan Projektet ska ligga i linje med den del av programmet som utlysningen avser och tydligt bidra till att uppfylla utlysningens och programmets mål Projektet ska innehållsmässigt ligga inom kraftelektronik med användande av kiselkarbid Projektet ska genomföras av ett projektteam, exempelvis bestående av de deltagande instituts- och universitetsparterna vid SiC Power Center (Acreo, Swerea Kimab, och KTH - Elmaskiner och effektelektronik) i samarbete med projektsökande industriföretag. Vid behov kan extern expertis eller inköpta tjänster anlitas för genomförande av projektet. Det kan t ex gälla utvecklings- och konstruktionstjänster hos underleverantörer för tillverkning av prototyper Projektet ska genomföras under tiden 2011-12-01 2015-09-30 Projektet ska genomföras under normalt sett högst 12 månader Projektets ingående parter ska ha tecknat ett avtal som reglerar rättigheter till resultat av projektet. Detta avtal ska vara undertecknat av samtliga ingående parter, senast vid projektets bekräftelse av start. 4.3.2 Krav på sökande Sökande måste uppfylla följande krav: Projektledaren som ansvarar för rapportering ska vara anställd på företaget Sökande företag måste ha en kapacitet både personellt och ekonomiskt som gör det troligt att det sökta beloppet för projektet kan leda till avsett resultat Sökande företag får maximalt ha mottagit stöd från VINNOVA motsvarande 10 miljoner kronor de senaste fem verksamhetsåren Företaget ska vara ett befintligt aktiebolag som är registrerat hos Bolagsverket minst 1 år före tidpunkten för ansökan
19 (24) Företaget ska det senaste verksamhetsåret ha en nettoomsättning på minst 1 miljon kronor eller eget kapital, enligt balansräkningen, på minst 1 miljon kronor Om krav avseende nettoomsättning eller eget kapital inte var uppfyllt i senast inrapporterad årsredovisning till Bolagsverket så måste sökande företag skriftligt styrka att minst ett av dessa krav är uppfyllda i samband med att ansökan lämnas in. Sökande företag ska ha för projektet relevant verksamhet i Sverige, och ska ha förutsättningar att skapa näringslivsverksamhet i Sverige, samt bidra till omställningen av energisystemet. Stödet ska gå till verksamhet i Sverige. 4.3.3 Villkor Beviljande av projekt innebär att finansiering reserveras för hela projektet. Hälften av beviljat belopp betalas ut som förskott, därefter betalas medel ut i efterskott mot rekvisition. Ett belopp motsvarande 15 % av beviljat stöd, utbetalas då slutrapport och ekonomisk slutredovisning inkommit till och därefter godkänts av Energimyndigheten och VINNOVA. Projektet presenteras i de sammanhang där Energimyndigheten och VINNOVA så begär. Vid all, såväl muntlig som skriftlig presentation, ska det framgå att projektet helt eller delvis finansieras av Energimyndigheten och VINNOVA. En skriftlig slutrapport med sammanfattning på svenska och engelska inlämnas till Energimyndigheten och VINNOVA. Projektet ska rapportera med utgångspunkt från såväl kommersialisering som teknik och energirelevans. Detta gällande framsteg, avvikelser, måluppfyllelse, projektutfall, partners, budget och andra aspekter som projektet ser nödvändiga att rapportera. Industripartners ska proaktivt, utan att det ska behövas anmodan från myndigheterna, efterrapportera resultat av projektet i minst tre år efter projektets sista finansierade etapp. 4.4 Programråd Det programråd som utsetts av Energimyndigheten och VINNOVA består av 1-3 representanter från Energimyndigheten och 1-3 representanter från VINNOVA, samt 4 externa ledamöter med relevant expertiskompetens tillsatta av Energimyndigheten respektive VINNOVA. Programrådet kan vid behov föreslå att yttrande inhämtas från andra än ledamöter i programrådet. Programrådets uppgift är att värdera ansökningar utifrån kriterier som formulerats i denna
20 (24) programbeskrivning och därefter ge rekommendationer om beviljande eller avslag för projekten samt motiveringar för rekommendationer respektive avslag. Programrådet ska även granska och bedöma slutrapportering från projekten i programmet. Beslut om beviljande eller avslag för ansökta projekt fattas av VINNOVA. Beslut fattas i samråd med Energimyndigheten. Rekommendation från Programrådet är vägledande men inte styrande. Programrådet ger rekommendationer om vilka projekt som beviljas medel inom utlysningen. Det är skilt från SiC Power Centers 'center board', som sköter centrets interna styrning. 4.5 Kommunikationsplan och resultatspridning Syftet med rapportering och resultatspridning är att se till att forskningsresultaten sprids till en vidare industri än direkt deltagande parter, där man genom att visa på möjligheterna med tekniken kommer att inspirera andra att implementera ny energieffektiv effekteletronik med SiC. Genom att visa på vinsterna med att samarbeta med SiC Power Center kommer man också hitta nya samarbetspartner och deltagare till centret. Nedan följer några av de aktiviteter och krav som ska underlätta denna spridning. SiC Power Center kommer hålla en årlig öppen workshop där resultat från de olika projekten presenteras, tillsammans med inbjudna forskare och ledande företag inom SiC. Workshoppen riktar sig mot såväl svenska som internationella företag och forskare med intresse för SiC och dess implementering, vilket ytterligare bidrar till workshoppens status och nytta för svensk industri. Resultaten presenteras i vetenskapliga tidskrifter i den form och omfattning som industriparterna finner lämplig. Projektresultat diskuteras inom projekten och mellan medlemmarna inom SiC Power Center. Både för utvärdering, samordning och planering av nya projekt. Projekten presenteras i de sammanhang där Energimyndigheten och VINNOVA så begär. Vid all, såväl muntlig som skriftlig presentation, ska det framgå att projektet helt eller delvis finansieras av Energimyndigheten och VINNOVA. Årlig lägesrapport inlämnas som beskriver dels hur arbetet fortskrider och eventuella avvikelser från plan och dels viktigare uppnådda resultat i projekten.
21 (24) En skriftlig slutrapport med sammanfattning på svenska och engelska inlämnas till Energimyndigheten och VINNOVA i fem exemplar. Slutrapporten ska vara populärvetenskapligt skriven. SiC Power Center (Acreo) ansvarar för genomförandet av kommunikationsplanen. 4.6 Syntes Programmets verksamhet ska täckas av en syntes, där framtagna resultat under programperioden beskrivs i relation till utvecklingen i omvärlden, och det ingår en bedömning av framtida utvecklingsbehov på forskningsområdet. Syntesen bör göras i slutet av programperioden och kan ingå som en del av slutrapporten. Exakt utformning bestäms av Energimyndigheten och VINNOVA. Kostnaden för syntesrapporten ingår i Acreos budget för resultatredovisning av programmets verksamhet. 4.7 Utvärdering En utvärdering av hela programsatsningen ska utföras av Energimyndigheten och VINNOVA tillsammans under våren 2015 för att utgöra underlagsmaterial för inriktning och nivå för eventuella fortsatta satsningar. Energimyndigheten och VINNOVA ansvarar för utvärderingen, som finansieras separat från programmet.
22 (24) 5 Avgränsningar 5.1 Forsknings-, utvecklings- och teknikområden Programmet omfattar inte grundläggande materialutveckling av SiC utan utgår från den substratteknologi som är kommersiellt tillgänglig. 5.2 Andra anknytande program, projekt och aktörer Programmet har klara beröringspunkter med ett av forskningsprogrammen (High Performance Electrical Machines Drives) inom EKC 2 på det sätt att den utnyttjar delvis både kompetens och erfarenhet av Prof. HP. Nee s grupp för konstruktion och studier av demonstatorer och prototyper. Däremot ingår inte industrialisering av SiC-elektronik i EKC 2 -programmet, som dessutom befinner sig i en avslutningsfas. Acreo har sökt kontakt med SHC (Svenskt Hybrid Centrum) vid upprepade tillfällen och sökt väcka deras intresse för SiC-komponenter och -elektronik. För närvarande ingår inte SiC-relaterad verksamhet i SHC:s verksamhetsfält. Intresse att etablera ett samarbete finns dock på båda sidor i dag. Acreo deltar i ett EU ENIAC projekt Last Power tillsammans med två svenska företag SenSiC och SEPS. Målet för projektet är att få fram en europeisk tillverkning av 6 SiC-substrat med en låg off-axis vinkel (2 mot standard 4 ). I projektet ingår framställning av SiC-komponenter som demonstratorer. Projektet har ett utpräglat fokus på SiC-material och komponentteknologi. Det pågår även sedan flera år materialforskning vid Linköpings Universitet (Erik Janzen och Peder Bergman) med fokus på on-axis SiC material för högspända komponenter (>10 kv). Resultaten från dessa aktiviteter kan på lång sikt komma systemindustrin till godo. Norstel i Norrköping kommersialiserar materialteknologin som tidigare tagits fram vid Linköpings Universitet, och ingår därmed i underleverantörsledet till SiC komponentindustrin. Det finns därför ett intresse att delta i centret för att utvärdera sitt material. KTH-ICT i Kista (Mikael Östling och Carl-Mikael Zetterling) forskar sedan flera år på bipolära SiC-komponenter. Teknologin har kommersialiserats inom start-upföretaget TranSiC och nu sålts till amerikanska Fairchild. Deras komponenter kommer att kunna ingå i några av de system som tas fram inom SiC Power Centers industridrivna program. Forskningsfokus vid KTH-ICT är nu på
23 (24) integrerade styrkretsar i SiC för högtemperaturtillämpningar. Teknologin är mycket relevant för flera av de applikationer som är aktuella inom centret, men troligtvis inte tillräckligt välutvecklade för användning i riktiga system inom programmets löptid.
24 (24) 6 Ytterligare information För ytterligare information, kontakta. Sara Bargi, Energimyndigheten Tel: 016-544 2337 E-post: linus.palmblad@energimyndigheten.se Ulf Öhlander, VINNOVA Tel: 08-473 3008 E-post: ulf.ohlander@vinnova.se