Solid-State Transformers: Il Futuro dell’Elettrificazione della Rete?

Quando parliamo del processo di elettrificazione che sta prendendo il sopravvento sulla nostra economia e sulle industrie, pensiamo principalmente a veicoli elettrici, batterie, caricabatterie rapidi, energia rinnovabile, ecc.

Ma alla fine, tutte queste nuove tecnologie si basano ancora su progetti piuttosto vecchi per la trasformazione di base dell’elettricità ad alta potenza dalle centrali elettriche e dalle fattorie solari ai livelli utilizzati in auto, case, data center, impianti industriali, ecc.

Il progetto di base del trasformatore moderno risale alla fine del XIX secolo, con i primi modelli commerciali sviluppati da William Stanley Jr. e successivamente perfezionati con l’espansione dei sistemi di corrente alternata, sostenuti da Westinghouse e Nikola Tesla. Il principio fondamentale — induzione elettromagnetica che utilizza nuclei di ferro e avvolgimenti di rame — è rimasto sostanzialmente invariato per più di un secolo.

Questo era un progetto sufficientemente buono per quando l’unico compito dei trasformatori era fornire una corrente standardizzata dalla rete al livello corretto in condizioni relativamente stabili e prevedibili.

Ma ora, con la rete elettrica e la generazione di energia sempre più decentralizzate, e la domanda di qualità della corrente sempre più stringente, questo è appena sufficiente.

Fortunatamente, i progressi compiuti nei materiali dell’industria dei semiconduttori stanno aprendo la strada a un nuovo potenziale tipo di trasformatore: i trasformatori a stato solido.

La Rete Centenaria: Come Funzionano i Trasformatori Tradizionali

Fondamenti Tecnici dei Trasformatori Tradizionali

Come spiegato, un trasformatore è un dispositivo che riceve in ingresso corrente a una determinata tensione e la converte in un’altra tensione, sia più bassa che più alta. La capacità e la trasformazione di corrente di un trasformatore classico sono fissate dal numero di avvolgimenti in rame o alluminio intorno al nucleo di ferro. Componenti aggiuntivi come interruttori, boccole, fusibili e altri materiali sono presenti per garantire che il trasformatore funzioni in modo sicuro.

Pur essendo poco flessibili e ingombranti, queste sono macchine molto durevoli che possono essere utilizzate per decenni, o addirittura per un intero secolo. È anche un grande business, con un mercato da 69 miliardi di dollari nel 2025, e si prevede una crescita del 7,97 % CAGR fino al 2034, raggiungendo 135,9 miliardi di dollari.

Tuttavia, i trasformatori così come sono realizzati oggi sono dispositivi relativamente grezzi, che utilizzano una tecnologia precoce inventata per la prima volta negli anni 1900. Man mano che diventiamo sempre più dipendenti dall’elettricità per i trasporti, la connettività e altre applicazioni moderne, ciò può diventare un problema, soprattutto perché la rete elettrica non si basa più solo su poche enormi centrali, ma su fonti rinnovabili più intermittenti e decentralizzate.

“Un trasformatore tradizionale in acciaio, rame e olio non dispone di alcun monitoraggio, non ha alcun controllo. In situazioni in cui si verificano picchi di elettricità o una centrale elettrica si disconnette, ciò può rappresentare una responsabilità.”

— Drew Baglino – Fondatore e CEO della società di trasformatori a stato solido Heron Power

Come Funzionano i Trasformatori a Stato Solido (SST)

Con questa preoccupazione in mente, gli ingegneri stanno cercando di reinventare i trasformatori. Invece di rame e ferro, hanno rivolto la loro attenzione a nuovi materiali usati nei veicoli elettrici e nei semiconduttori, come il carburo di silicio e il nitruro di gallio.

Un’altra differenza fondamentale nel design è che i trasformatori a stato solido (SST) non sono realizzati con un unico blocco massiccio di ferro e rame, ma con molti moduli più piccoli assemblati insieme. Di conseguenza, la loro capacità può essere modificata facilmente e qualsiasi punto di guasto può essere sostituito rapidamente.

I SST si differenziano dai trasformatori tradizionali in alcuni punti tecnici chiave:

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Risoluzione della Carenza Globale di Trasformatori

Un altro problema dei trasformatori tradizionali è semplicemente che ultimamente sono molto difficili da trovare.

Mentre la domanda di maggiore capacità della rete elettrica continua a crescere a causa dell’elettrificazione e della costruzione di data center da più gigawatt, le società di servizi pubblici statunitensi stanno lottando per trovare sufficienti trasformatori per mantenere la rete, e addirittura migliorarla.

Un fattore chiave è che la rete elettrica sta invecchiando, e anche un dispositivo robusto come un trasformatore potrebbe necessitare di una sostituzione ogni 50‑70 anni circa. Oltre la metà dei trasformatori di distribuzione negli Stati Uniti, circa 40 milioni di unità, è già oltre la loro vita utile prevista.

Unito all’aumento dei prezzi delle materie prime, soprattutto del rame, ciò ha portato a un incremento dei prezzi dei trasformatori dal 45 % al 95 % dal 2019, a seconda della categoria.

“I semiconduttori di potenza continuano a diventare più economici. Acciaio, rame e olio, sfortunatamente, non sono in quella situazione. I prezzi delle materie prime possono variare molto e tendono generalmente a salire.”

— Drew Baglino – Fondatore e CEO della società di trasformatori a stato solido Heron Power
Un ulteriore fattore che aumenta i costi sono le tariffe sul acciaio e altri metalli stranieri, spesso fino al 50 % o più per i paesi che forniscono la qualità dei materiali richiesta per i trasformatori, come la Cina o il Brasile.

Infine, non c’è stato un investimento sufficiente per aumentare l’offerta di trasformatori, con molte aziende che hanno chiuso nei primi anni 2000, in parte a causa di investimenti troppo bassi nella rete da parte delle società di servizi. Pertanto, la catena di approvvigionamento dei trasformatori, compreso il tipo speciale di acciaio necessario (acciaio elettrico), non è attualmente disponibile in quantità sufficienti.

Tuttavia, i trasformatori a stato solido non risolveranno immediatamente il problema dei costi dei nuovi trasformatori, anche se possono fornire un’ulteriore offerta molto necessaria. Questo perché, per ora, sono ancora da 5 a 10 volte più costosi dei trasformatori tradizionali.

Applicazioni dei SST: Dove i Trasformatori a Stato Solido Vincono

Data Center AI e Infrastrutture ad Alta Potenza

Considerate nel loro insieme, queste differenze di capacità tra i vecchi trasformatori e i trasformatori a stato solido cambiano completamente il modo in cui possono essere utilizzati.

Possono sostituire le funzioni di molti diversi dispositivi di alimentazione attualmente utilizzati, livellando simultaneamente i livelli di potenza, convertendo AC in DC (o viceversa), collegandosi sia alla rete che alle batterie, ecc.

Ciò ha reso i SST un’opzione molto attraente per i data center, che affrontano problemi di alimentazione molto più complessi rispetto a quelli dell’utente medio. Ad esempio, i SST possono eliminare la necessità di sistemi di alimentazione ininterrotta (UPS) e di connessione alla rete nazionale, ai parchi di batterie e alla produzione locale di energie rinnovabili (energia dietro il contatore) contemporaneamente.

I SST più compatti consentono anche di risparmiare molto spazio in un data center, liberando capacità per più rack di calcolo o sistemi di supporto come il raffreddamento. Pertanto, i costi aggiuntivi si accompagnano a risparmi extra per casi speciali come i data center, che necessitano di molto più di quanto un semplice trasformatore tradizionale possa fornire.

“Se sommiamo il costo di tutto ciò che abbiamo eliminato, siamo dal 60 % al 70 % di quel costo.”

— Haroon Inam, co-fondatore e CEO di DG Matrix, ha detto a TechCrunch.

Per ora, i data center sono stati i primi clienti di questa nuova tecnologia, poiché apprezzano la sua flessibilità e compattezza. Inoltre, ciò consente loro di “saltare la fila” per i nuovi trasformatori. Infine, fornisce il tipo di stabilità di potenza che fino a ora richiedeva molti investimenti aggiuntivi; ad esempio, i trasformatori di Heron Link possono fornire ai rack di calcolo 30 secondi di energia mentre le fonti di backup entrano in funzione.

Rinnovabili e Accumulo di Energia della Rete

La maggior parte della generazione di energia è stata progettata attorno all’AC, poiché inizialmente era prodotta da una turbina rotante in centrali a carbone, gas o idroelettriche. Tuttavia, i fotovoltaici, che stanno diventando una fonte dominante di generazione di energia, producono naturalmente corrente DC, richiedendo inverter per convertirla prima in AC, prima di inviarla alla rete.

Lo stesso vale per le batterie, che possono essere collegate alla rete AC, ma richiedono DC sia in ingresso che in uscita.

Di conseguenza, un trasformatore a stato solido in grado di svolgere sia le funzioni di un inverter che di un trasformatore può finire per costare lo stesso prezzo di due sistemi standard separati.

Ricarica EV e Supporto Bidirezionale

Lo spazio e l’impronta complessiva della struttura possono essere fattori limitanti per le stazioni di ricarica EV. A questo proposito, la densità dei SST potrebbe trasformarsi in un vantaggio competitivo.

Come i parchi di batterie, beneficeranno anche della loro capacità di modificare la tensione svolgendo al contempo la funzione di un inverter AC-DC.

Infine, un trasformatore a stato solido in una stazione di ricarica potrebbe trasformarla in un’unità di accumulo aggiuntiva, poiché lo stesso dispositivo potrebbe alternare tra l’assorbire energia dalla rete o fornire energia a essa.

Per ora, è improbabile che i conducenti di veicoli elettrici siano molto interessati a svolgere questo ruolo di “batteria mobile”. Ma in futuro, le flotte di auto a guida autonoma potrebbero aumentare la loro redditività “affittando” la loro capacità di accumulo nei momenti critici, utilizzando le stazioni di ricarica e i SST come mezzo per immettere energia nella rete durante le ore di picco.

Questa tendenza diventerà sempre più diffusa man mano che i pacchi batteria dei veicoli elettrici diventeranno più resistenti, con poca o nessuna degradazione dovuta a cicli di carica-scarica più frequenti.

Il Futuro della Rete Elettrica Intelligente

Per ora, i SST sono semplicemente troppo costosi e nuovi per le compagnie di servizi pubblici per integrarli nella loro rete elettrica.

Tuttavia, a lungo termine, potrebbero portare a un cambiamento radicale nella gestione delle reti elettriche. Potrebbero soprattutto ridurre i costi di trasmissione e distribuzione, uno dei maggiori fattori che contribuiscono all’inflazione delle bollette dei servizi.

Ciò avviene perché i trasformatori a stato solido possono rispondere a condizioni variabili, consentendo agli operatori di rete di inviare più energia attraverso le stesse linee, riducendo la necessità di nuove linee nonostante l’aumento del consumo di energia.

“Puoi effettivamente rendere l’infrastruttura più accessibile perché stai facendo passare più kilowattora attraverso gli stessi pali e cavi. È qui che l’intelligenza, al posto di oggetti meccanici passivi progettati 100 anni fa, può fare una grande differenza.”

— Drew Baglino – Fondatore e CEO della società di trasformatori a stato solido Heron Power

Va notato che il carburo di silicio e altri semiconduttori per applicazioni di potenza sono stati prodotti in massa da meno di un decennio, grazie al boom dei veicoli elettrici. Pertanto, è logico che il loro costo diminuisca progressivamente, man mano che vengono sviluppati metodi di produzione più efficienti e l’industria integra economie di scala.

Molto probabilmente, questo sarà il passo necessario affinché le compagnie di servizi pubblici inizino a installare trasformatori a stato solido su larga scala, creando così una seconda ondata di economie di scala.

Conclusione sul Mercato dei Trasformatori a Stato Solido

I trasformatori a stato solido sono ancora una tecnologia molto nuova, alla ricerca della loro prima applicazione di massa. Sembra che la stiano trovando lentamente nei data center e sempre più nei parchi fotovoltaici.

Il prossimo passo sarà aumentare la produzione e dimostrare in operazioni reali che questo design di trasformatori può essere più efficiente, più affidabile e/o, in definitiva, più economico rispetto ai design tradizionali più consolidati.

Alcune startup stanno spingendo per i SST, tra cui Heron Power, fondata da un ex dirigente di Tesla, DG Matrix, focalizzata sui data center, e Amperesand, con sede a Singapore ma con capacità anche negli USA.

Resta da vedere se saranno queste startup o i giganti consolidati dell’industria elettrica a dominare definitivamente questo mercato, con la reattività delle aziende di trasformatori tradizionali a questo cambiamento tecnologico probabilmente il fattore chiave da osservare per gli investitori.

Investire nei Trasformatori a Stato Solido: Eaton (ETN)

Eaton è un fornitore enorme di apparecchiature elettriche, classificato al primo posto negli Stati Uniti per apparecchiature di conversione di potenza, apparecchiature elettriche a bassa e media tensione, e idraulica aerospaziale e pompe per carburante.

Ha generato 24 miliardi di dollari di fatturato nel 2025, con una crescita organica delle vendite dell’8 %; le Americhe rappresentano il segmento più grande dell’azienda, con i data center recentemente diventati il suo segmento di clientela più grande (quasi un quarto di tutti i ricavi).

Ciò colloca l’azienda in una posizione perfetta per beneficiare della tendenza all’elettrificazione, alla costruzione di data center, alla reindustrializzazione (soprattutto dei fabbricati di semiconduttori) e allo sviluppo delle energie rinnovabili, al punto che l’obiettivo dichiarato dell’azienda è:

“Saremo la principale azienda mondiale di gestione dell’energia.”

Per realizzare questa ambizione, l’azienda ha investito 1 miliardo di dollari per aggiungere 2 milioni di piedi quadrati alla sua capacità produttiva.

Inoltre, l’azienda gestisce anche una sezione “mobilità”, che risponde alla domanda di trasmissioni e frizioni per camion commerciali (numero 1 nelle Americhe) e mobilità elettrica.

In totale, il 90 % della redditività dell’azienda nel 2025 proveniva dai segmenti elettrico e aerospaziale.

Il segmento aerospaziale comprende la fornitura di componenti chiave per aerei civili e militari come il F-35, Boeing KC-46A, Sikorsky CH-53K, Boeing 777X, Boeing B737MAX, Airbus A350, Airbus A320NEO, ecc. Fornisce inoltre componenti per applicazioni spaziali a SpaceX, Blue Origin, Ariane Group, Amazon, Eutelsat Group, ecc.

Riflettendo la crescente domanda di apparecchiature elettriche, il backlog di Eaton è cresciuto costantemente negli anni 2020, raggiungendo un livello record nel 2025.

Ad agosto 2025, Eaton ha acquisito la società di trasformatori a stato solido Resilient Power Systems per 86 milioni di dollari.

La startup aveva progetti per depositi di ricarica EV ultra-compatti che si collegano direttamente alla rete di distribuzione esistente, mentre Eaton vede ulteriori prospettive di crescita nei data center e nello stoccaggio di energia, dove le sue relazioni esistenti potrebbero aiutare a chiudere più accordi più rapidamente.

“Siamo entusiasti di unirci a Eaton e crediamo che i nostri team combinati, le capacità e la tecnologia leader supporteranno la nostra crescita continua in nuovi prodotti e mercati, inclusi i data center. I nostri trasformatori a stato solido ultra compatti possono migliorare l’efficienza energetica, i tempi di immissione sul mercato dei progetti e supportare una rete affidabile.”

— Co-fondatore e Amministratore Delegato di Resilient Tom Keister

Poiché la maggior parte delle aziende SST è ancora quotata privatamente, la fusione della tecnologia di Resilient Power Systems con l’ampia esperienza, rete di vendita e capacità produttiva di Eaton sembra un buon modo per gli investitori di ottenere esposizione al settore della trasformazione dell’energia nel suo complesso, senza il rischio di interruzione derivante dall’arrivo di questa nuova tecnologia sul mercato, e beneficiandone invece.

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