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L'énergie solaire est la source d'énergie renouvelable la plus propre et la plus abondante disponible. Les cellules ou panneaux photovoltaïques (PV) solaires sont les dispositifs qui transforment l'énergie solaire en électricité. Un développement intensif et une production à grande échelle de panneaux solaires ont commencé depuis ce nouveau millénaire. La capacité mondiale en PV solaire a atteint 494,3 GW en 2018 et devrait croître de plus de 1 TW entre 2019 et 2030 (Source : Base de données GlobalData Power). La majeure partie de cette augmentation de capacité est estimée provenir de la Chine, de l'Inde et d'autres pays de l'Asie-Pacifique. Avec la croissance rapide de la capacité installée et les progrès technologiques, le coût moyen de mise en place des installations PV solaires diminue significativement, mais varie encore largement d'un pays à l'autre. La baisse du coût de production et les programmes gouvernementaux entraînent une diminution du prix moyen des systèmes PV solaires. Le coût moyen mondial de mise en œuvre des centrales PV solaires était de 4 162 $/kilowatt (kW) en 2010, chutant à 1 240 $/kW en 2018, et devrait encore baisser selon les estimations de coûts dans plusieurs pays pour atteindre 997 $ en 2030. Le graphique ci-dessous montre l'évolution du prix moyen des systèmes PV solaires mondiaux et des cinq principaux pays en matière de PV solaire entre 2010 et 2018.

Marché du PV solaire, coût moyen des principaux pays et mondial ($/KW), 2010-2018 (Source : GlobalData)

Pour rester compétitifs, les fabricants de systèmes PV et d'énergie recherchent continuellement de nouvelles technologies. L'efficacité de conversion d'énergie, le poids/taille de l'onduleur et le coût des matériaux sont tous des aspects qu'une conception doit prendre en compte. Les niveaux de puissance et de tension des convertisseurs solaires varient en fonction des applications. Les applications résidentielles sont généralement inférieures à 10 kW, tandis que les applications commerciales se situent couramment entre 10 kW et 70 kW. Les centrales électriques à grande échelle dépassent 70 kW. Actuellement, la plupart des centrales électriques utilisent encore une tension maximale de 1000V, mais les grands parcs solaires récemment développés ont commencé à augmenter la tension PV de 1000V à 1500V. Une tension plus élevée peut réduire les pertes de semi-conducteurs et de cuivre et améliorer davantage l'efficacité du système électrique. Pour une tension de bus de 1500V, les topologies de boost et d'onduleur à 3 niveaux deviennent la seule solution valide avec des dispositifs de commutation à 1200V.

Les diodes en SiC sont largement utilisées dans la conception des convertisseurs boost PV, et les MOSFETs en SiC sont employés dans le développement de nombreux onduleurs haute performance. Ci-dessous figurent deux exemples de topologies utilisées dans la conception d'onduleurs PV.

Onduleur 60kW avec solution TO-247 SiC MOSFET

Onduleur 1500V 150kW avec solution TO-247 SiC MOSFET et module SiC IV1E IVCT a développé un convertisseur boost interleaved de 20kW pour démontrer les performances des diodes et des MOSFETs en SiC. Le convertisseur utilise quatre MOSFETs IV1Q12080T4 de 80mOhm à 1200V et quatre diodes IV1D12010T3 de 10A à 1200V. À 65kHz, le convertisseur atteint une efficacité de 99,4 % avec une entrée de 600V et une sortie de 800V. Les MOSFETs sont pilotés par le driver de MOSFET en SiC IVCR1401. Les signaux ci-dessous montrent des fronts montants et descendants propres de Vds.