Aplikasi

Energi matahari adalah sumber energi terbarukan yang paling bersih dan melimpah yang tersedia. Sel atau panel fotovoltaik (PV) surya adalah perangkat untuk mengubah energi matahari menjadi listrik. Pengembangan intensif dan produksi besar-besaran panel surya telah dimulai sejak awal milenium baru ini. Kapasitas global PV surya mencapai 494,3GW pada tahun 2018 dan diperkirakan akan tumbuh lebih dari 1 TW antara 2019 dan 2030 (Sumber: GlobalData Power Database). Sebagian besar penambahan kapasitas selama periode ini diperkirakan berasal dari Tiongkok, India, dan negara-negara lain di kawasan Asia-Pasifik. Dengan pertumbuhan pesat kapasitas terpasang dan peningkatan teknologi, biaya modal rata-rata untuk membangun PV surya berkurang secara signifikan, tetapi masih bervariasi luas dari satu negara ke negara lain. Penurunan biaya produksi dan skema pemerintah menyebabkan penurunan harga sistem rata-rata PV surya. Biaya modal rata-rata global untuk pembangkit PV surya adalah $4.162/kilowatt (KW) pada tahun 2010, turun menjadi $1.240/kW pada tahun 2018, dan diperkirakan akan turun lebih lanjut berdasarkan estimasi biaya di beberapa negara dan mencapai $997 pada tahun 2030. Gambar di bawah ini menunjukkan tren harga sistem rata-rata global PV Surya dan lima negara PV surya teratas antara 2010 dan 2018.

Pasaran PV Surya, global, biaya rata-rata negara-negara utama dan global ($/KW), 2010–2018 (Sumber: GlobalData)

Untuk tetap kompetitif, produsen sistem PV dan daya terus-menerus mencari teknologi baru. Efisiensi konversi daya, berat/dimensi inverter serta biaya material adalah aspek-aspek yang perlu dipertimbangkan dalam desain. Tingkat daya dan tegangan konverter surya bervariasi berdasarkan aplikasi. Aplikasi residensial umumnya di bawah 10kW, dan komersial biasanya berkisar antara 10kW hingga 70kW. Pembangkit listrik skala utilitas lebih dari 70kW. Saat ini sebagian besar pembangkit listrik masih menggunakan tegangan bus maksimum 1000V, namun pembangkit listrik tenaga surya besar yang lebih baru telah mulai meningkatkan tegangan PV menjadi 1500V dari 1000V. Tegangan yang lebih tinggi dapat mengurangi kerugian semikonduktor dan tembaga serta lebih meningkatkan efisiensi sistem daya. Untuk tegangan bus 1500V, topologi boost dan inverter 3-level menjadi satu-satunya solusi valid dengan perangkat switching 1200V.

Dioda SiC telah banyak digunakan dalam desain konverter boost PV, dan MOSFET SiC telah digunakan dalam pengembangan inverter berkinerja tinggi. Berikut adalah dua contoh topologi yang digunakan dalam desain inverter PV.

Inverter 60kW dengan Solusi MOSFET SiC TO-247

Inverter 1500V 150kW dengan Solusi MOSFET SiC TO-247 dan Modul SiC IV1E IVCT telah mengembangkan konverter boost bergantian 20kW untuk menunjukkan kinerja dioda SiC dan MOSFET. Konverter ini menggunakan empat MOSFTEs IV1Q12080T4 80mOhm 1200V dan empat dioda IV1D12010T3 10A 1200V. Pada frekuensi 65kHz, konverter mencapai efisiensi 99,4% dengan tegangan masukan 600V dan tegangan keluaran 800V. MOSFET didorong oleh driver MOSFET SiC IVCR1401. Gelombang di bawah ini menunjukkan tepi naik dan turun Vds yang bersih.