Solid-state transformatoren: de toekomst van netelektrificatie?

Als we het hebben over de elektrificatie die onze economie en industrieën overneemt, denken we meestal aan elektrische voertuigen, accu's, snelladers, hernieuwbare energie, enzovoort.

Maar uiteindelijk zijn al deze nieuwe technologieën nog steeds gebaseerd op vrij oude ontwerpen voor de basisomzetting van hoogvermogen elektriciteit van energiecentrales en zonneparken naar de niveaus die worden gebruikt in auto's, huizen, datacenters, industriële installaties, enzovoort.

Het basisontwerp van de moderne transformator dateert uit het einde van de 19e eeuw. Vroege commerciële modellen werden ontwikkeld door William Stanley Jr. en later verfijnd naarmate wisselstroomsystemen zich uitbreidden, onder leiding van Westinghouse en Nikola Tesla. Het basisprincipe – elektromagnetische inductie met behulp van ijzeren kernen en koperen wikkelingen – is al meer dan een eeuw grotendeels onveranderd gebleven.

Dit ontwerp voldeed prima in een tijd waarin de enige taak van transformatoren was om een ​​gestandaardiseerde stroom van het net naar het juiste niveau te brengen onder relatief stabiele en voorspelbare omstandigheden.

Maar nu het elektriciteitsnet en de energieopwekking steeds meer gedecentraliseerd raken en de eisen aan de kwaliteit van de stroom steeds strenger worden, is dit nauwelijks nog voldoende.

Gelukkig maakt de vooruitgang in materialen uit de halfgeleiderindustrie de weg vrij voor een nieuw potentieel type transformator: solid-state transformatoren.

Het eeuwenoude elektriciteitsnet: hoe traditionele transformatoren werken

Technische grondbeginselen van traditionele transformatoren

Zoals uitgelegd, is een transformator een apparaat dat een ingangssignaal met een bepaalde spanning ontvangt en dit omzet in een andere spanning, lager of hoger. Het vermogen en de stroomomzetting van een klassieke transformator worden bepaald door het aantal koperen of aluminium spoelen rond de ijzeren kern. Extra onderdelen zoals stroomonderbrekers, doorvoeringen, zekeringen en andere materialen zorgen ervoor dat de transformator veilig werkt.

Hoewel ze stug en lomp zijn, zijn dit zeer duurzame machines die tientallen, of zelfs een eeuw, meegaan. Het is bovendien een grote industrie. met een marktwaarde van 69 miljard dollar in 2025, en naar verwachting zal de markt tot 2034 met een samengesteld jaarlijks groeipercentage van 7.97% groeien tot 135.9 miljard dollar.

Toch zijn transformatoren zoals ze tegenwoordig gemaakt worden relatief primitieve apparaten, gebaseerd op technologie die voor het eerst in de twintigste eeuw werd uitgevonden. Naarmate we steeds afhankelijker worden van elektriciteit voor transport, connectiviteit en andere moderne toepassingen, kan dit een probleem worden, vooral omdat het elektriciteitsnet niet langer draait op slechts een paar enorme energiecentrales, maar op steeds meer intermitterende, gedecentraliseerde, hernieuwbare energiebronnen.

“Een ouderwetse transformator van staal, koper en olie heeft geen bewakings- of besturingssystemen. In gevallen van stroompieken of een uitval van een energiecentrale kan dat een risico vormen.”

- Drew Baglino – Oprichter en CEO van Heron Power, een bedrijf dat solid-state transformatoren produceert.

Hoe werken solid-state transformatoren (SST)?

Met die zorg in gedachten proberen ingenieurs transformatoren opnieuw uit te vinden. In plaats van koper en ijzer richten ze hun aandacht op nieuwe materialen die worden gebruikt in elektrische voertuigen en halfgeleiders, zoals siliciumcarbide en galliumnitride.

Een ander fundamenteel verschil in ontwerp is dat solid-state transformatoren (SST's) niet zijn gemaakt van één massief blok ijzer en koper, maar van vele kleinere modules die aan elkaar zijn gekoppeld. Hierdoor kan hun capaciteit eenvoudig worden aangepast en kan een defect onderdeel gemakkelijk worden vervangen.

SST's verschillen op een aantal belangrijke technische punten van traditionele transformatoren:

Veeg om te scrollen →

Het wereldwijde tekort aan transformatoren oplossen

Een ander probleem met traditionele transformatoren is dat ze tegenwoordig erg moeilijk te vinden zijn.

Terwijl de vraag naar meer capaciteit op het elektriciteitsnet blijft stijgen als gevolg van elektrificatie en de bouw van datacenters met een vermogen van meerdere gigawatt, doen Amerikaanse energiebedrijven er alles aan om voldoende transformatoren te vinden om het net in stand te houden, en zelfs om het te verbeteren.

Een belangrijke factor is dat het elektriciteitsnet verouderd is, en zelfs een robuust apparaat als een transformator moet mogelijk elke 50-70 jaar worden vervangen. Meer dan de helft van de Amerikaanse distributietransformatoren, zo'n 40 miljoen stuks, hebben hun verwachte levensduur al overschreden.

In combinatie met stijgende grondstofprijzen, met name koper, heeft dit ertoe geleid dat de prijzen van transformatoren sinds 2019 met 45% tot 95% zijn gestegen, afhankelijk van de categorie.

“Vermogenshalfgeleiders worden steeds goedkoper. Staal, koper en olie bevinden zich helaas niet in die situatie. Grondstofprijzen kunnen sterk fluctueren en stijgen over het algemeen.”

- Drew Baglino – Oprichter en CEO van Heron Power, een bedrijf dat solid-state transformatoren produceert.

Een bijkomende factor die de kosten verhoogt, zijn de invoerrechten op buitenlands staal en andere metalen, vaak tot wel 50% of meer voor landen die de benodigde materiaalkwaliteit voor transformatoren leveren, zoals China of Brazilië.

Ten slotte is er onvoldoende geïnvesteerd in het vergroten van het aanbod van transformatoren, waardoor veel bedrijven begin jaren 2000 zelfs hun deuren moesten sluiten, mede door de te lage investeringen van energiebedrijven in het elektriciteitsnet. De toeleveringsketen van transformatoren, inclusief de speciale staalsoort die het vereist (elektrostaal)is gewoonweg niet in voldoende hoeveelheden beschikbaar.

Solid-state transformatoren zullen het kostenprobleem van nieuwe transformatoren echter niet direct oplossen, ook al kunnen ze een broodnodige extra stroomvoorziening leveren. Dit komt omdat ze momenteel nog steeds 5 tot 10 keer duurder zijn dan traditionele transformatoren.

SST-toepassingen: Waar solid-state transformatoren de overwinning behalen

AI-datacenters en krachtige infrastructuur

Al met al veranderen deze capaciteitsverschillen tussen oude transformatoren en solid-state transformatoren de manier waarop ze gebruikt kunnen worden volledig.

Ze kunnen de taken overnemen van veel verschillende stroomvoorzieningsapparaten die momenteel in gebruik zijn, en tegelijkertijd de stroomniveaus stabiliseren, wisselstroom omzetten in gelijkstroom (of andersom), verbinding maken met zowel het elektriciteitsnet als batterijen, enzovoort.

Dit heeft SST's tot een zeer aantrekkelijke optie gemaakt voor datacenters, die te maken hebben met veel complexere stroomvoorzieningsproblemen dan de gemiddelde gebruiker. Zo kunnen SST's bijvoorbeeld de noodzaak voor ononderbroken stroomvoorzieningen (UPS) en aansluiting op het nationale elektriciteitsnet, batterijparken en lokale opwekking van hernieuwbare energie (stroom achter de meter) in één keer wegnemen.

De compactere SST's besparen ook veel ruimte in een datacenter, waardoor er capaciteit vrijkomt voor meer computerracks of ondersteunende systemen zoals koeling. De extra kosten gaan dus gepaard met extra besparingen voor speciale gevallen zoals datacenters, die veel meer nodig hebben dan een eenvoudige traditionele transformator kan leveren.

"Als je de kosten optelt van alles wat we hebben weggelaten, dan zitten we op 60% tot 70% van die kosten."

— Dat vertelde Haroon Inam, medeoprichter en CEO van DG Matrix, aan TechCrunch.

Voorlopig zijn datacenters de eerste klanten voor deze nieuwe technologie, omdat ze de flexibiliteit en compactheid ervan waarderen. Bovendien kunnen ze hierdoor de aanschaf van nieuwe transformatoren overslaan. Ten slotte biedt het de stroomstabiliteit die tot nu toe een aanzienlijke extra investering vereiste; zo kunnen de transformatoren van Heron Link bijvoorbeeld computerracks 30 seconden van stroom voorzien terwijl back-upbronnen online komen.

Hernieuwbare energiebronnen en energieopslag in het net

De meeste energieopwekking is ontworpen rond wisselstroom (AC), zoals die aanvankelijk werd opgewekt door een draaiende turbine in kolen-, gas- of waterkrachtcentrales. Maar fotovoltaïsche cellen, die steeds meer een dominante energiebron worden, produceren van nature gelijkstroom (DC). Om deze gelijkstroom eerst om te zetten in wisselstroom (AC) voordat deze aan het net wordt geleverd.

Hetzelfde geldt voor batterijen, die weliswaar op het wisselstroomnet zijn aangesloten, maar zowel gelijkstroom als uitgang nodig hebben.

Het gevolg hiervan is dat een solid-state transformator die zowel de functie van een omvormer als die van een transformator vervult, uiteindelijk evenveel kan kosten als twee afzonderlijke standaardsystemen.

EV-laden en bidirectionele ondersteuning

Ruimte en de totale oppervlakte van de faciliteit kunnen beperkende factoren zijn voor laadstations voor elektrische voertuigen. In dat opzicht zou de dichtheid van laadstations een concurrentievoordeel kunnen opleveren.

Net als accuparken zullen ze ook profiteren van hun vermogen om de spanning te wijzigen en tegelijkertijd de functie van een AC-DC-omvormer te vervullen.

Ten slotte zou een solid-state transformator in een laadstation kunnen helpen om ze om te vormen tot extra opslageenheden, aangezien hetzelfde apparaat afwisselend stroom van het net kan afnemen of energie aan het net kan leveren.

Voorlopig zullen bestuurders van elektrische voertuigen waarschijnlijk niet erg geïnteresseerd zijn in deze rol van "mobiele batterij". Maar in de toekomst zouden vloten van zelfrijdende auto's hun winstgevendheid kunnen verhogen door hun opslagcapaciteit op cruciale momenten te "verhuren" en laadstations en zelfladende opslagtanks te gebruiken om tijdens piekuren energie terug te leveren aan het net.

Deze trend zal zich ook steeds vaker voordoen naarmate de accupakketten van elektrische voertuigen steeds duurzamer worden, met weinig tot geen degradatie door frequentere laad-ontlaadcycli.

De toekomst van het slimme elektriciteitsnet

Tot nu toe zijn SST's simpelweg te duur en te nieuw voor energiebedrijven om in hun elektriciteitsnetwerk te integreren.

Op de lange termijn zouden ze echter een radicale verandering teweeg kunnen brengen in de manier waarop elektriciteitsnetten worden beheerd. Ze zouden met name de transmissie- en distributiekosten kunnen verlagen, een van de grootste oorzaken van inflatie op de energierekening.

Dit komt doordat solid-state transformatoren kunnen reageren op veranderende omstandigheden, waardoor netbeheerders meer stroom door dezelfde leidingen kunnen sturen en de behoefte aan nieuwe leidingen afneemt, ondanks een groeiend stroomverbruik.

“Je kunt de infrastructuur juist betaalbaarder maken doordat je meer kilowattuur door dezelfde masten en kabels laat lopen. Dat is waar intelligentie, in plaats van passieve mechanische objecten die 100 jaar geleden zijn ontworpen, een groot verschil kan maken.”

- Drew Baglino – Oprichter en CEO van Heron Power, een bedrijf dat solid-state transformatoren produceert.

Het is belangrijk om te weten dat siliciumcarbide en andere halfgeleiders voor energietoepassingen pas minder dan tien jaar geleden, dankzij de opkomst van elektrische voertuigen, op grote schaal geproduceerd zijn. Het is dan ook logisch dat ze steeds goedkoper zullen worden naarmate er efficiëntere productiemethoden worden ontwikkeld en de industrie schaalvoordelen benut.

Dit zal hoogstwaarschijnlijk de noodzakelijke stap zijn voor energiebedrijven om op grote schaal solid-state transformatoren te gaan installeren, wat vervolgens een tweede golf van schaalvoordelen zal creëren.

Conclusie van de markt voor solid-state transformatoren

Solid-state transformatoren zijn nog steeds een zeer nieuwe technologie die op zoek is naar haar eerste toepassing op de massamarkt. Die lijkt langzaam maar zeker te komen in datacenters en in toenemende mate ook in zonneparken.

De volgende stap is het opschalen van de productie en het aantonen in de praktijk dat dit transformatorontwerp efficiënter, betrouwbaarder en/of uiteindelijk goedkoper kan zijn dan de meer gangbare, traditionele ontwerpen.

Een aantal startups heeft aangedrongen op SST's, waaronder Reigerkracht, opgericht door een voormalig Tesla-directeur, DG Matrix, gericht op datacenters, en Amperesandgevestigd in Singapore, maar met capaciteit ook in de VS.

Het valt nog te bezien of deze startups, of de gevestigde giganten in de elektrische industrie, uiteindelijk deze markt zullen domineren. De reactie van traditionele transformatorbedrijven op deze technologische verschuiving zal waarschijnlijk de belangrijkste factor zijn om in de gaten te houden voor investeerders.

Investeren in solid-state transformatoren: Eaton (ETN)

Eaton is een grote leverancier van elektrische apparatuur en staat nummer 1 in de VS op het gebied van stroomomzettingsapparatuur, laag- en middenspanningsapparatuur en hydraulische systemen en brandstofpompen voor de lucht- en ruimtevaart.

Het bedrijf genereerde in 2025 een omzet van $24 miljard, met een organische omzetgroei van 8%; Noord- en Zuid-Amerika vormen het grootste segment van het bedrijf, waarbij datacenters recentelijk het grootste klantensegment zijn geworden (bijna een kwart van de totale omzet).

Dit plaatst het bedrijf in een ideale positie om te profiteren van de trend van elektrificatie, de bouw van datacenters, herindustrialisatie (met name halfgeleiderfabrieken) en de uitbouw van hernieuwbare energie, in die mate dat het bedrijf de volgende doelstelling heeft:

“Wij zullen wereldwijd het toonaangevende bedrijf op het gebied van energiebeheer worden.”

Om deze ambitie te verwezenlijken heeft het bedrijf 1 miljard dollar geïnvesteerd om de productiecapaciteit met 2 miljoen vierkante voet uit te breiden.

Daarnaast beheerde het bedrijf ook een "mobiliteits"-afdeling, die zich richtte op de vraag naar transmissies en koppelingen voor bedrijfsvrachtwagens (nummer 1 in Amerika) en elektrische mobiliteit.

In totaal was 90% van de winstgevendheid van het bedrijf in 2025 afkomstig uit de elektrische en ruimtevaartsegmenten.

Het segment lucht- en ruimtevaart omvat de levering van belangrijke componenten voor civiele en militaire vliegtuigen zoals de F-35, Boeing KC-46A, Sikorsky CH-53K, Boeing 777X, Boeing B737MAX, Airbus A350, Airbus A320NEO, enz. Het levert ook componenten voor ruimtevaarttoepassingen aan SpaceX, Blue Origin, Ariane Group, Amazon, Eutelsat Group, enz.

Als gevolg van de groeiende vraag naar elektrische apparatuur is de orderportefeuille van Eaton in de jaren 2020 gestaag gegroeid en bereikt deze in 2025 een recordniveau.

In augustus 2025 nam Eaton het bedrijf Resilient Power Systems, dat solid-state transformatoren produceert, over voor 86 miljoen dollar.

De startup had plannen voor ultracompacte laadstations voor elektrische voertuigen die rechtstreeks op het bestaande distributienet worden aangesloten, terwijl Eaton verdere groeimogelijkheden ziet in datacenters en energieopslag, waar de bestaande relaties kunnen helpen om sneller meer deals te sluiten.

“We zijn verheugd om ons bij Eaton aan te sluiten en geloven dat onze gecombineerde teams, capaciteiten en toonaangevende technologie onze voortdurende groei in nieuwe producten en markten, waaronder datacenters, zullen ondersteunen. Onze ultracompacte solid-state transformatoren kunnen de energie-efficiëntie verbeteren, de time-to-market voor projecten verkorten en een betrouwbaar elektriciteitsnet ondersteunen.”

— Tom Keister, medeoprichter en CEO van Resilient

Aangezien de meeste SST-bedrijven nog steeds beursgenoteerd zijn, lijkt de samenvoeging van de technologie van Resilient Power Systems met de uitgebreide ervaring, het verkoopnetwerk en de productiecapaciteit van Eaton een goede manier voor beleggers om blootstelling te krijgen aan de energietransformatiesector als geheel, zonder het risico te lopen op verstoring door de komst van deze nieuwe technologie op de markt, en er juist van te profiteren.

Het laatste nieuws en de ontwikkelingen rondom het aandeel Eaton (ETN).