Trasformatori a stato solido: il futuro dell'elettrificazione della rete?

Quando parliamo del processo di elettrificazione che sta prendendo il sopravvento sulla nostra economia e sulle nostre industrie, pensiamo principalmente a veicoli elettrici, batterie, caricabatterie rapidi, energie rinnovabili, 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 proveniente da centrali elettriche e parchi solari ai livelli utilizzati nelle automobili, nelle case, nei data center, negli impianti industriali, ecc.

Il design 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 alimentazione a corrente alternata, promossi da Westinghouse e Nikola Tesla. Il principio di base – l'induzione elettromagnetica con nuclei in ferro e avvolgimenti in rame – è rimasto sostanzialmente invariato per oltre un secolo.

Si trattava di un progetto sufficientemente valido per il periodo in cui l'unico compito dei trasformatori era quello di portare una corrente standardizzata dalla rete al livello giusto in condizioni relativamente stabili e prevedibili.

Ma ora, poiché la rete elettrica e la produzione di energia diventano più decentralizzate e la richiesta di qualità della corrente diventa più severa, tutto questo non è più sufficiente.

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

La rete elettrica centenaria: come funzionano i trasformatori tradizionali

Fondamenti tecnici dei trasformatori tradizionali

Come spiegato, un trasformatore è un dispositivo che riceve in ingresso una corrente a una data tensione e la converte in un'altra tensione, inferiore o superiore. La capacità e la trasformazione di corrente di un trasformatore classico sono determinate dal numero di spire di rame o alluminio attorno al nucleo di ferro. Componenti aggiuntivi come interruttori, isolatori passanti, fusibili e altri materiali sono presenti per garantire il funzionamento sicuro del trasformatore.

Sebbene poco flessibili e ingombranti, si tratta di macchine molto resistenti che possono essere utilizzate per decenni, o addirittura per un secolo intero. Rappresentano anche un grande business, con un mercato da 69 miliardi di dollari nel 2025, e si prevede che crescerà del 7.97% CAGR fino al 2034, raggiungendo i 135.9 miliardi di dollari.

Tuttavia, i trasformatori, così come vengono realizzati oggi, sono dispositivi relativamente rudimentali, che utilizzano tecnologie primitive, inventate per la prima volta nel 1900. Man mano che diventiamo sempre più dipendenti dall'elettricità per i trasporti, la connettività e altre applicazioni moderne, questo può diventare un problema, soprattutto perché la rete elettrica non funziona più solo con poche grandi centrali elettriche, ma con fonti rinnovabili più intermittenti e decentralizzate.

"Un trasformatore di vecchia generazione in acciaio, rame e olio non ha alcun monitoraggio, non ha alcun controllo. In caso di sovratensioni o di interruzione di corrente di una centrale elettrica, questo può rappresentare un rischio."

- Drew Baglino – Fondatore e CEO dell’azienda di trasformatori a stato solido Heron Power

Come funzionano i trasformatori a stato solido (SST)

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

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

Gli SST differiscono dai trasformatori tradizionali per alcuni aspetti tecnici chiave:

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Risolvere la carenza globale di forniture di trasformatori

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

Mentre la domanda di una maggiore capacità della rete elettrica continua ad aumentare a causa dell'elettrificazione e della costruzione di data center multi-gigawatt, le aziende di servizi pubblici statunitensi si stanno affrettando a trovare trasformatori sufficienti per mantenere la rete e, ancora di più, migliorarla.

Un fattore chiave è l'invecchiamento della rete elettrica, e persino un dispositivo robusto come un trasformatore potrebbe necessitare di sostituzione ogni 50-70 anni circa. Più della metà dei trasformatori di distribuzione statunitensi, circa 40 milioni di unità, hanno già superato la loro durata di vita prevista.

Se a ciò si aggiunge l'aumento dei prezzi delle materie prime, in particolare del rame, dal 2019 i prezzi dei trasformatori sono aumentati dal 45% al ​​95%, a seconda della categoria.

"I semiconduttori di potenza continuano a scendere di prezzo. Acciaio, rame e petrolio, purtroppo, non si trovano in questa situazione. I prezzi delle materie prime possono oscillare ovunque e generalmente salgono."

- Drew Baglino – Fondatore e CEO dell’azienda di trasformatori a stato solido Heron Power

Un ulteriore fattore che ha fatto aumentare i costi sono stati i dazi sull'acciaio e altri metalli esteri, spesso fino al 50% o più per i paesi che forniscono la qualità del materiale richiesta per i trasformatori, come Cina o Brasile.

Infine, non sono stati effettuati investimenti sufficienti per aumentare la fornitura di trasformatori, con molte aziende che hanno addirittura chiuso i battenti all'inizio degli anni 2000, in parte a causa degli investimenti troppo bassi nella rete da parte delle società di servizi. Quindi, ora la catena di fornitura dei trasformatori, inclusa il grado speciale di acciaio richiesto (acciaio elettrico), semplicemente non è disponibile in quantità sufficienti.

Tuttavia, i trasformatori a stato solido non risolveranno immediatamente il problema dei costi dei nuovi trasformatori, anche se possono fornire una fornitura aggiuntiva molto necessaria. Questo perché, per ora, sono ancora 5-10 volte più costosi dei trasformatori tradizionali.

Applicazioni SST: dove vincono i trasformatori a stato solido

Data center AI e infrastrutture ad alta potenza

Nel complesso, queste differenze di capacità tra i vecchi trasformatori e i trasformatori a stato solido cambiano completamente il modo in cui possono essere utilizzati.

Possono svolgere le funzioni di molti dispositivi di alimentazione elettrica diversi attualmente in uso, livellando simultaneamente i livelli di potenza, convertendo la corrente alternata in continua (o viceversa), collegandosi sia alla rete che alle batterie, ecc.

Ciò ha reso gli SST un'opzione molto interessante per i data center, che devono affrontare problemi di alimentazione molto più complessi di quelli dell'utente medio. Ad esempio, gli SST possono eliminare contemporaneamente la necessità di gruppi di continuità (UPS) e di collegamento alla rete elettrica nazionale, ai parchi batterie e alla produzione locale di energia rinnovabile (energia dietro il contatore).

Gli SST più compatti consentono inoltre di risparmiare molto spazio in un data center, liberando capacità per più rack di elaborazione o sistemi di supporto come il raffreddamento. Quindi, i costi aggiuntivi si traducono anche in risparmi aggiuntivi 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 al 60-70% di quel costo."

— Ha dichiarato a TechCrunch Haroon Inam, co-fondatore e CEO di DG Matrix.

Per ora, i data center sono stati i primi clienti di questa nuova tecnologia, apprezzandone la flessibilità e la compattezza. Inoltre, questo consente loro di "saltare la fila" per i nuovi trasformatori. Infine, fornisce il tipo di stabilità di alimentazione che fino ad ora richiedeva ingenti investimenti aggiuntivi: ad esempio, i trasformatori di Heron Link possono fornire ai rack di elaborazione 30 secondi di alimentazione mentre le fonti di backup sono online.

Rinnovabili e accumulo di energia in rete

La maggior parte della generazione di energia è stata progettata attorno alla corrente alternata, poiché inizialmente veniva prodotta da una turbina rotante in centrali a carbone, a gas o idroelettriche. Ma il fotovoltaico, che sta diventando una fonte dominante di generazione di energia, produce naturalmente corrente continua, che richiede l'uso di inverter per trasformarla in corrente alternata prima di essere immessa in rete.

Lo stesso vale per le batterie, che potrebbero essere collegate alla rete CA, ma necessitano di corrente continua sia in ingresso che in uscita.

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

Ricarica EV e supporto bidirezionale

Lo spazio e l'ingombro complessivo dell'impianto possono rappresentare fattori limitanti per le stazioni di ricarica per veicoli elettrici. In questo senso, la densità delle stazioni di ricarica SST potrebbe trasformarsi in un vantaggio competitivo.

Come i parchi batterie, anche questi trarranno vantaggio dalla loro capacità di modificare la tensione, svolgendo al contempo la funzione di un inverter CA-CC.

Infine, un trasformatore allo stato solido in una stazione di ricarica potrebbe contribuire a trasformarle in unità di accumulo aggiuntive, poiché lo stesso dispositivo potrebbe alternare tra l'assorbimento di energia dalla rete e la fornitura di energia ad 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 probabilmente aumentare la loro redditività "affittando" la loro capacità di accumulo nei momenti critici e utilizzando stazioni di ricarica e stazioni di ricarica rapida per immettere energia nella rete nelle ore di punta.

Questa tendenza diventerà sempre più diffusa man mano che le batterie dei veicoli elettrici diventeranno sempre più durevoli, con un degrado minimo o nullo dovuto a cicli di carica-scarica più frequenti.

Il futuro della rete elettrica intelligente

Finora, gli SST sono stati semplicemente troppo costosi e nuovi perché le aziende di servizi pubblici potessero integrarli nella propria rete elettrica.

Tuttavia, a lungo termine, potrebbero apportare un cambiamento radicale alla gestione delle reti elettriche. In particolare, potrebbero ridurre i costi di trasmissione e distribuzione, uno dei principali fattori che contribuiscono all'inflazione delle bollette.

Ciò avviene perché i trasformatori a stato solido sono in grado di rispondere alle mutevoli condizioni, consentendo agli operatori della rete di inviare più energia attraverso le stesse linee, riducendo così la necessità di nuove linee nonostante il crescente consumo di energia.

"In realtà, si può rendere l'infrastruttura più accessibile perché si fa 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 dell’azienda di trasformatori a stato solido Heron Power

Va notato che il carburo di silicio e altri semiconduttori per applicazioni energetiche hanno iniziato a essere prodotti in serie solo da meno di un decennio, grazie al boom dei veicoli elettrici. Sarebbe quindi logico che i loro costi diminuiscano progressivamente, man mano che si sviluppano metodi di produzione più efficienti e il settore integra economie di scala.

Molto probabilmente, questo sarà il passo necessario affinché le aziende di servizi pubblici inizino a installare trasformatori a stato solido su larga scala, il che creerà poi una seconda ondata di economie di scala.

Conclusione sul mercato dei trasformatori a stato solido

I trasformatori a stato solido sono una tecnologia ancora molto giovane, in attesa della sua prima applicazione di massa. Sembra che la stiano lentamente trovando nei data center e, sempre più, nei parchi fotovoltaici.

Il passo successivo sarà quello di aumentare la produzione e dimostrare nel funzionamento reale che questo tipo di trasformatori può essere più efficiente, più affidabile e/o in definitiva più economico rispetto ai modelli tradizionali più consolidati.

Alcune startup hanno spinto per gli SST, tra cui Potenza dell'airone, fondata da un ex dirigente Tesla, DG Matrix, focalizzato sui data center, e Amperesand, con sede a Singapore ma con capacità produttiva anche negli Stati Uniti.

Resta da vedere se queste startup, o i colossi affermati del settore elettrico, alla fine domineranno questo mercato; la reattività delle aziende tradizionali di trasformatori a questo cambiamento tecnologico sarà probabilmente il fattore chiave da tenere d'occhio per gli investitori.

Investire nei trasformatori a stato solido: Eaton (ETN)

Eaton è un importante fornitore di apparecchiature elettriche, classificandosi al primo posto negli Stati Uniti per quanto riguarda le apparecchiature di conversione di potenza, le apparecchiature elettriche a bassa e media tensione, nonché i sistemi idraulici e le pompe del carburante per l'industria aerospaziale.

Nel 2025 ha generato un fatturato di 24 miliardi di dollari, con una crescita organica delle vendite dell'8%; le Americhe rappresentano il segmento più grande dell'azienda, con i data center che di recente sono diventati il ​​suo segmento di clientela più importante (quasi un quarto di tutti i ricavi).

Ciò pone l'azienda in una posizione ideale per trarre vantaggio dalla tendenza all'elettrificazione, alla costruzione di data center, alla reindustrializzazione (in particolare delle fabbriche di semiconduttori) e all'aumento delle energie rinnovabili, al punto che l'obiettivo dichiarato dell'azienda è:

"Saremo la principale azienda al mondo nella 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 gestiva anche una sezione "mobilità", rispondendo alla domanda di trasmissioni e frizioni per camion commerciali (n. 1 nelle Americhe) e di mobilità elettrica.

Nel complesso, il 90% della redditività dell'azienda nel 2025 proveniva dai settori elettrico e aerospaziale.

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

A seguito della crescente domanda di apparecchiature elettriche, il portafoglio ordini di Eaton è cresciuto costantemente nel corso degli anni 2020, raggiungendo un livello record nel 2025.

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

La startup aveva in progetto depositi di ricarica per veicoli elettrici ultracompatti che si collegano direttamente alla rete di distribuzione esistente, mentre Eaton intravede ulteriori prospettive di crescita nei data center e nell'accumulo di energia, dove le sue relazioni esistenti potrebbero contribuire a concludere più accordi più rapidamente.

"Siamo entusiasti di unirci a Eaton e crediamo che i nostri team, le nostre competenze e la nostra tecnologia all'avanguardia supporteranno la nostra continua crescita in nuovi prodotti e mercati, inclusi i data center. I nostri trasformatori a stato solido ultracompatti possono migliorare l'efficienza energetica, il time-to-market dei progetti e supportare una rete affidabile."

— Tom Keister, co-fondatore e amministratore delegato di Resilient

Poiché la maggior parte delle aziende SST sono ancora quotate in borsa, la fusione della tecnologia Resilient Power Systems con la vasta esperienza, la rete di vendita e la capacità produttiva di Eaton sembra un buon modo per gli investitori di acquisire esposizione al settore della trasformazione energetica nel suo complesso, senza il rischio di sconvolgimenti dovuti all'arrivo di questa nuova tecnologia sul mercato, e anzi traendone vantaggio.

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