Εφαρμογές

Η ηλιακή ενέργεια είναι το καθαρότερο και πιο αφθονό ανανεώσιμο πηγής ενέργειας που διατίθεται. Οι ηλιακές φωτοβολταϊκές (PV) κύβες ή πάνελ είναι τα συσκευάσματα που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρικότητα. Η εντατική ανάπτυξη και η μαζική παραγωγή ηλιακών πάνελ άρχισε από τη νέα χιλιετία. Η παγκόσμια ικανότητα ηλιακού PV έφτασε 494,3GW το 2018 και αναμένεται να αυξηθεί κατά πάνω από 1 TW μεταξύ του 2019 και 2030 (Πηγή: GlobalData Power Database). Η πλειοψηφία της προσθήκης ικανότητας κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου εκτιμάται ότι θα προέλθει από την Κίνα, την Ινδία και άλλες χώρες της περιοχής του Ανατολικού Ειρηνικού. Με τη γρήγορη αύξηση της εγκαταστημένης ικανότητας και τη βελτίωση της τεχνολογίας, το μέσο κόστος καπιτάλου για την εγκατάσταση ηλιακού PV μειώνεται σημαντικά, αλλά εξακολουθεί να διαφέρει ευρέως από χώρα σε χώρα. Το μειωμένο κόστος παραγωγής και τα κυβερνητικά προγράμματα οδηγούν σε μια μειωμένη μέση τιμή συστήματος ηλιακού PV. Το παγκόσμιο μέσο κόστος καπιτάλου για τις εγκαταστάσεις ηλιακού PV ήταν $4.162/χιλιοστό (KW) το 2010, μειώνοντας σε $1.240/χιλιοστό το 2018, και εκτιμάται να μειωθεί περαιτέρω με βάση τις εκτιμήσεις κόστους σε διάφορες χώρες και να φτάσει $997 μέχρι το 2030. Το παρακάτω σχήμα δείχνει την τάση της μέσης τιμής συστήματος των παγκόσμιων Ηλιακών PV και των πέντε κορυφαίων χωρών Ηλιακών PV μεταξύ 2010 και 2018.

Αγορά Φωτοβολταϊκών (PV), κόσμια, μέσος κόστος κλειδιών χωρών και παγκόσμια ($/KW), 2010–2018 (Πηγή: GlobalData)

Για να παραμείνουν ανταγωνιστικοί, οι κατασκευαστές φωτοβολταϊκών και συστημάτων παραγωγής ηλεκτρισμού αναζητούν συνεχώς νέες τεχνολογίες. Η αποδοτικότητα μετατροπής ενέργειας, το βάρος/μέγεθος και το κόστος υλικών των μετατροπών, είναι όλα παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη στη σχεδίαση. Τα επίπεδα δυνάμεως και ιονισμού των φωτοβολταϊκών μετατροπών διαφέρουν βάσει των εφαρμογών. Οι κατοικιακές εφαρμογές είναι γενικά κάτω από 10kW, ενώ οι εμπορικές εφαρμογές εξαγοριάζουν συνήθως μεταξύ 10kW και 70kW. Τα συστήματα παραγωγής ηλεκτρισμού σε επιχειρησιακό επίπεδο είναι πάνω από 70kW. Σήμερα, τα περισσότερα συστήματα παραγωγής ηλεκτρισμού χρησιμοποιούν ακόμη μέγιστο ιονισμό 1000V, αλλά πιο πρόσφατα αναπτυγμένα μεγάλα φωτοβολταϊκά τμήματα έχουν ξεκινήσει να αυξάνουν τον ιονισμό PV από 1000V σε 1500V. Υψηλότεροι ιονισμοί μπορούν να μειώσουν τις απώλειες που προέρχονται από προσδιοριστικά και καππέλα, και να βελτιώσουν περαιτέρω την αποδοτικότητα του συστήματος παραγωγής ηλεκτρισμού. Για ιονισμό 1500V, οι τοπολογίες 3-επιπέδων boost και μετατροπών γίνονται η μοναδική έγκυρη λύση με συσκευές κατά 1200V.

Οι διόδοι SiC έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στην σχεδίαση μετατροπέα αύξησης για PV, και οι MOSFET SiC έχουν χρησιμοποιηθεί στην ανάπτυξη πολλών υψηλής επιδόσεως μετατροπέων. Τα επόμενα είναι δύο παραδείγματα τοπολογίας που χρησιμοποιούνται στην σχεδίαση μετατροπέων PV.

Μετατροπέας 60kW με λύση TO-247 SiC MOSFET

Μετατροπέας 1500V 150kW με λύση TO-247 SiC MOSFET και μονάδα SiC IV1E. Η IVCT έχει αναπτύξει έναν μετατροπέα ενδιάμεσης βάσης 20kW για να εμφανιστεί η επίδοση των διόδων και των MOSFET SiC. Ο μετατροπέας χρησιμοποιεί τέσσερις MOSFTEs 80mOhm 1200V IV1Q12080T4 και τέσσερις διόδους 10A 1200V IV1D12010T3. Σε 65kHz, ο μετατροπέας επιτυγχάνει αποδοτικότητα 99.4% με εισαγωγή 600V και εξαγωγή 800V. Οι MOSFET κινούνται από τον κινητήρα SiC MOSFET IVCR1401. Τα κύματα κάτωθι δείχνουν καθαρές ανεβαίνουσες και κατεβαίνουσες άκρες του Vds.