التطبيقات

الطاقة الشمسية هي أنظف وأكثر مصادر الطاقة المتجددة وفرة المتاحة. الألواح الشمسية الفوتوفولطائية (PV) أو الخلايا هي الأجهزة التي تقوم بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء. بدأت التطوير المكثف وإنتاج الألواح الشمسية على نطاق واسع منذ بداية هذا القرن الجديد. وصلت القدرة العالمية للفوتوفولطائيات الشمسية إلى 494.3 جيجاوات في عام 2018 ومن المتوقع أن تنمو بمقدار يزيد عن 1 تيراواط بين عامي 2019 و2030 (المصدر: قاعدة بيانات GlobalData Power). يُقدر أن معظم الإضافات للقدرة خلال هذه الفترة ستكون من نصيب الصين والهند ودول آسيا والمحيط الهادئ الأخرى. مع النمو السريع للقدرة المركبة وتحسين التكنولوجيا، انخفض التكلفة الرأسمالية المتوسطة لإنشاء الفوتوفولطائيات الشمسية بشكل كبير، لكنها لا تزال تختلف بشكل كبير من دولة إلى أخرى. يؤدي انخفاض تكلفة الإنتاج والخطط الحكومية إلى انخفاض سعر النظام الشمسي الفوتوفولطائي المتوسط. كانت التكلفة الرأسمالية العالمية المتوسطة لمحطات الفوتوفولطائيات الشمسية $4,162/كيلوواط (KW) في عام 2010، وتراجعت إلى $1,240/كيلوواط في عام 2018، ومن المتوقع أن تنخفض أكثر بناءً على تقديرات التكلفة في عدة دول لتصل إلى $997 بحلول عام 2030. يوضح الرسم أدناه اتجاه أسعار النظام الشمسي الفوتوفولطائي العالمي والدول الخمس الكبرى المنتجة للفوتوفولطائيات الشمسية بين عامي 2010 و2018.

سوق الألواح الشمسية الكهروضوئية، العالمي، التكلفة المتوسطة للدول الرئيسية والعالمية ($/KW)، 2010-2018 (المصدر: GlobalData)

للحفاظ على التنافسية، يبحث مصنعو الألواح الشمسية وأنظمة الطاقة باستمرار عن تقنيات جديدة. كفاءة تحويل الطاقة ووزن/حجم العاكس ومصاريف المواد هي جميعها جوانب يجب أخذها في الاعتبار أثناء التصميم. مستويات قوة وفولتية محولات الطاقة الشمسية تختلف بناءً على التطبيقات. تطبيقات المنازل تكون غالبًا أقل من 10 kW، بينما تتراوح التطبيقات التجارية عادة بين 10 kW و70 kW. أما محطات الطاقة ذات الحجم الكبير فتكون أكثر من 70 kW. حاليًا، لا تزال معظم محطات الطاقة تستخدم الفولتية القصوى عند 1000 فولت، لكن المزارع الشمسية الكبيرة التي تم تطويرها مؤخرًا بدأت في رفع الفولتية الشمسية إلى 1500 فولت بدلاً من 1000 فولت. الفولتية الأعلى يمكن أن تقلل من خسائر شبه الموصل والنحاس وتحسن كفاءة نظام الطاقة بشكل أكبر. بالنسبة للفولتية الحافلة عند 1500 فولت، فإن طوبولوجيات الدفع الثلاثي والعكسية تصبح الحل الوحيد مع أجهزة التبديل بـ 1200 فولت.

تم استخدام دوائر الديود SiC على نطاق واسع في تصميم محول PV، وتم استخدام موسفتس SiC في تطوير العديد من العاكسات ذات الأداء العالي. فيما يلي مثالان للتكوين المستخدم في تصميم عاكس PV.

عاكس 60 كيلوواط مع حل موسفتس SiC بتنسيق TO-247

عاكس 1500 فولت 150 كيلوواط مع حل موديول SiC بتنسيق TO-247 وموديول SiC IV1E. طورت IVCT محولاً متشابكاً بقدرة 20 كيلوواط لعرض أداء ديود SiC وموسفتس. يستخدم المحول أربعة موسفتس IV1Q12080T4 بجهد 1200 فولت ومقاومة 80 ميلي أوهم وأربعة ديودات IV1D12010T3 بجهد 1200 فولت وتيار 10 أمبير. عند تردد 65 كيلوهرتز، يصل المحول إلى كفاءة قدرها 99.4٪ مع إدخال جهد 600 فولت وإخراج جهد 800 فولت. يتم تشغيل الموسفتس بواسطة محفز موسفتس SiC IVCR1401. تظهر الموجات أدناه حواف صعودية وهبوطية نظيفة لـ Vds.