Aplicaciones

La energía solar es la fuente de energía renovable más limpia y abundante disponible. Las células o paneles solares fotovoltaicos (PV) son los dispositivos para convertir la energía solar en electricidad. Desde este nuevo milenio se ha iniciado un desarrollo intensivo y una producción a gran escala de paneles solares. La capacidad mundial de energía solar fotovoltaica alcanzó los 494.3 GW en 2018 y se espera que crezca en más de 1 TW entre 2019 y 2030 (Fuente: GlobalData Power Database). Se estima que la mayor parte de la capacidad adicional durante este período provendrá de China, India y otros países de Asia y el Pacífico. Con el rápido crecimiento de la capacidad instalada y la mejora de la tecnología, el costo de capital promedio para instalar energía solar fotovoltaica se reduce significativamente, pero aún varía mucho de un país a otro. La disminución de los costos de producción y los planes gubernamentales están dando como resultado una disminución del precio promedio del sistema de energía solar fotovoltaica. El costo de capital promedio global de las plantas solares fotovoltaicas fue de $4,162/kilovatio (KW) en 2010, reduciéndose a $1,240/kW en 2018, y se estima que caerá aún más según las estimaciones de costos en varios países y alcanzará $997 para 2030. La siguiente figura muestra la tendencia del precio promedio del sistema de energía solar fotovoltaica a nivel mundial y los cinco principales países con energía solar fotovoltaica entre 2010 y 2018.

Mercado solar fotovoltaico, global, costo promedio de los países clave y global ($/KW), 2010-2018 (Fuente: GlobalData)

Para mantenerse competitivos, los fabricantes de sistemas fotovoltaicos y de energía buscan continuamente nuevas tecnologías. La eficiencia de conversión de energía, el peso/tamaño del inversor y el costo del material son aspectos que un diseño debe tener en cuenta. Los niveles de potencia y voltaje del convertidor solar varían según las aplicaciones. Las aplicaciones residenciales suelen estar por debajo de los 10 kW, y las comerciales suelen oscilar entre 10 kW y 70 kW. Las centrales eléctricas de gran escala superan los 70 kW. Actualmente, la mayoría de las plantas de energía todavía utilizan un voltaje de bus máximo de 1000 V, pero más recientemente, grandes parques solares desarrollados han comenzado a aumentar el voltaje fotovoltaico de 1500 V a 1000 V. Un voltaje más alto puede reducir las pérdidas de semiconductores y cobre y mejorar aún más la eficiencia del sistema eléctrico. Para un voltaje de bus de 1500 V, las topologías de inversor y elevador de 3 niveles se convierten en la única solución válida con dispositivos de conmutación de 1200 V.

Los diodos de SiC se han utilizado ampliamente en el diseño de convertidores elevadores fotovoltaicos y los MOSFET de SiC se han utilizado en muchos desarrollos de inversores de alto rendimiento. Los siguientes son dos ejemplos de topología utilizados en el diseño de inversores fotovoltaicos.

Inversor de 60kW con solución MOSFET de SiC TO-247

Inversor de 1500 V y 150 kW con MOSFET de SiC TO-247 y solución de módulo de SiC IV1E IVCT ha desarrollado un convertidor elevador entrelazado de 20 kW para demostrar el rendimiento del diodo de SiC y del MOSFET. El convertidor utiliza cuatro MOSFTE IV80Q1200T1 de 12080 mOhm 4 V y cuatro diodos IV10D1200T1 de 12010 A 3 V. A 65 kHz, el convertidor alcanza una eficiencia del 99.4 % con una entrada de 600 V y una salida de 800 V. Los MOSFET son controlados por el controlador MOSFET de SiC IVCR1401. Las formas de onda siguientes muestran bordes ascendentes y descendentes limpios de Vds.