التطبيقات

الطاقة الشمسية هي مصدر الطاقة المتجددة الأكثر نظافة والأكثر وفرة المتاحة. الخلايا أو الألواح الشمسية الكهروضوئية هي الأجهزة التي تحول الطاقة الشمسية إلى كهرباء. لقد بدأ التطوير المكثف وإنتاج الألواح الشمسية على نطاق واسع منذ هذه الألفية الجديدة. وصلت القدرة العالمية للطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى 494.3 جيجاوات في عام 2018، ومن المتوقع أن تنمو بأكثر من 1 تيراواط بين عامي 2019 و2030 (المصدر: قاعدة بيانات الطاقة العالمية). ومن المتوقع أن تأتي معظم القدرات الإضافية خلال هذه الفترة من الصين والهند ودول أخرى في منطقة آسيا والمحيط الهادئ. ومع النمو السريع للقدرة المركبة وتحسين التكنولوجيا، ينخفض ​​متوسط ​​التكلفة الرأسمالية لإنشاء الطاقة الشمسية الكهروضوئية بشكل كبير، ولكنها لا تزال تختلف بشكل كبير من بلد إلى آخر. يؤدي انخفاض تكلفة الإنتاج والخطط الحكومية إلى انخفاض متوسط ​​سعر نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية. بلغ متوسط ​​التكلفة الرأسمالية العالمية لمحطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية 4,162 دولارًا أمريكيًا لكل كيلووات في عام 2010، وانخفض إلى 1,240 دولارًا أمريكيًا لكل كيلووات في عام 2018، ومن المتوقع أن ينخفض ​​أكثر بناءً على تقديرات التكلفة في العديد من البلدان ليصل إلى 997 دولارًا أمريكيًا بحلول عام 2030. ويبين الشكل أدناه متوسط ​​​​اتجاه أسعار النظام للطاقة الشمسية الكهروضوئية العالمية وأكبر خمس دول تعمل بالطاقة الشمسية الكهروضوئية بين عامي 2010 و 2018.

سوق الطاقة الشمسية الكهروضوئية، عالميًا، متوسط ​​تكلفة البلدان الرئيسية والعالمية (دولار/كيلوواط)، 2010-2018 (المصدر: GlobalData)

للحفاظ على القدرة التنافسية، يبحث مصنعو أنظمة الطاقة الكهروضوئية والطاقة باستمرار عن تقنيات جديدة. كفاءة تحويل الطاقة ووزن / حجم العاكس وتكلفة المواد كلها جوانب يحتاج التصميم إلى أخذها في الاعتبار. تختلف مستويات الطاقة والجهد لمحول الطاقة الشمسية بناءً على التطبيقات. تكون التطبيقات السكنية في الغالب أقل من 10 كيلووات، وتتراوح التطبيقات التجارية عادةً بين 10 كيلووات و70 كيلووات. محطات توليد الطاقة على نطاق المرافق تزيد عن 70 كيلو واط. في الوقت الحالي، لا تزال معظم محطات الطاقة تستخدم جهدًا أقصى للحافلة يبلغ 1000 فولت، لكن مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة التي تم تطويرها مؤخرًا بدأت في زيادة الجهد الكهروضوئي إلى 1500 فولت من 1000 فولت. يمكن للجهد العالي أن يقلل من خسائر أشباه الموصلات والنحاس ويحسن كفاءة نظام الطاقة. بالنسبة لجهد الناقل 1500 فولت، تصبح طبولوجيا التعزيز ثلاثي المستويات والعاكس هي الحل الوحيد الصالح مع أجهزة التبديل 3 فولت.

تم استخدام الثنائيات SiC على نطاق واسع في تصميم محول تعزيز الطاقة الكهروضوئية، وقد تم استخدام SiC MOSFETs في العديد من تطوير العاكس عالي الأداء. فيما يلي مثالان للطوبولوجيا المستخدمة في تصميم العاكس الكهروضوئي.

عاكس بقدرة 60 كيلووات مع حل TO-247 SiC MOSFET

عاكس 1500 فولت 150 كيلو وات مع TO-247 SiC MOSFET وحلول وحدة IV1E SiC طورت IVCT محول تعزيز مشذر بقدرة 20 كيلو وات لإظهار أداء صمام ثنائي SiC وMOSFET. يستخدم المحول أربعة MOSFTEs 80mOhm 1200V IV1Q12080T4 وأربعة صمامات ثنائية 10A 1200V IV1D12010T3. عند 65 كيلو هرتز، يحقق المحول كفاءة بنسبة 99.4% مع دخل 600 فولت وإخراج 800 فولت. يتم تشغيل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة بواسطة برنامج تشغيل SiC MOSFET IVCR1401. تظهر الأشكال الموجية أدناه حواف Vds الصاعدة والهابطة النظيفة.