اپلیکیشن‌ها

انرژی خورشیدی پاک ترین و فراوان ترین منبع انرژی تجدیدپذیر موجود است. سلول ها یا پنل های فتوولتائیک خورشیدی (PV) وسایلی هستند که انرژی خورشیدی را به برق تبدیل می کنند. توسعه فشرده و تولید پنل خورشیدی در مقیاس بزرگ از این هزاره جدید آغاز شده است. ظرفیت جهانی فتوولتائیک خورشیدی در سال 494.3 به 2018 گیگاوات رسیده است و انتظار می‌رود بین سال‌های 1 تا 2019 بیش از 2030 تراوات افزایش یابد (منبع: پایگاه داده قدرت جهانی دیتا). تخمین زده می شود که بیشتر ظرفیت اضافه شده در این دوره از چین، هند و سایر کشورهای آسیا-اقیانوسیه باشد. با رشد سریع ظرفیت نصب شده و بهبود فناوری، متوسط ​​هزینه سرمایه راه اندازی PV خورشیدی به طور قابل توجهی کاهش می یابد، اما همچنان از کشوری به کشور دیگر متفاوت است. کاهش هزینه تولید و طرح های دولتی منجر به کاهش میانگین قیمت سیستم PV خورشیدی می شود. متوسط ​​هزینه سرمایه جهانی نیروگاه های PV خورشیدی در سال 4,162 2010 دلار به ازای هر کیلووات (KW) بود که در سال 1,240 به 2018 دلار بر کیلووات کاهش یافت و تخمین زده می شود که بر اساس برآورد هزینه در چندین کشور کاهش بیشتری پیدا کند و تا سال 997 به 2030 دلار برسد. شکل زیر نشان می دهد. روند میانگین قیمت سیستم PV جهانی خورشیدی و پنج کشور برتر PV خورشیدی بین سال‌های 2010 و 2018.

بازار PV خورشیدی، جهانی، میانگین هزینه کشورهای کلیدی و جهانی ($/KW)، 2010–2018 (منبع: GlobalData)

برای حفظ رقابت، تولیدکنندگان PV و سیستم های قدرت به طور مداوم به دنبال فناوری های جدید هستند. راندمان تبدیل برق و وزن / اندازه اینورتر و هزینه مواد همه جنبه هایی هستند که یک طراحی باید در آنها حساب شود. سطوح توان و ولتاژ مبدل خورشیدی بر اساس کاربردها متفاوت است. کاربردهای مسکونی عمدتاً کمتر از 10 کیلو وات هستند و معمولاً توان تجاری بین 10 تا 70 کیلووات است. نیروگاه های مقیاس شهری بالای 70 کیلو وات هستند. در حال حاضر اکثر نیروگاه ها هنوز از حداکثر ولتاژ باس 1000 ولت استفاده می کنند، اما مزارع خورشیدی بزرگ اخیراً شروع به افزایش ولتاژ PV از 1500 ولت به 1000 ولت کرده اند. ولتاژ بالاتر می تواند تلفات نیمه هادی و مس را کاهش دهد و راندمان سیستم قدرت را بیشتر بهبود بخشد. برای ولتاژ باس 1500 ولت، توپولوژی های تقویت کننده و اینورتر 3 سطحی تنها راه حل معتبر با دستگاه های سوئیچینگ 1200 ولت است.

دیودهای SiC به طور گسترده در طراحی مبدل های تقویت کننده PV استفاده شده اند و ماسفت های SiC در بسیاری از توسعه اینورترهای با کارایی بالا استفاده شده اند. در زیر دو نمونه توپولوژی مورد استفاده در طراحی اینورتر PV آورده شده است.

اینورتر 60 کیلووات با محلول TO-247 SiC MOSFET

اینورتر 1500 ولتی 150 کیلوواتی با ماسفت TO-247 SiC و راه حل ماژول IV1E SiC IVCT یک مبدل تقویتی 20 کیلوواتی برای نشان دادن عملکرد دیود SiC و ماسفت ایجاد کرده است. این مبدل از چهار ماسفت 80 میلی اهم 1200 ولت IV1Q12080T4 و چهار دیود 10A 1200 ولت IV1D12010T3 استفاده می کند. در فرکانس 65 کیلوهرتز، مبدل با ورودی 99.4 ولت و خروجی 600 ولت به 800 درصد راندمان دست می یابد. ماسفت ها توسط درایور SiC MOSFET IVCR1401 هدایت می شوند. شکل موج های زیر لبه های بالا و پایین رفتن Vds تمیز را نشان می دهد.