יישומים

אנרגיה סולארית היא מקור האנרגיה המתחדשת הנקי והשופע ביותר שיש. תאים או פאנלים פוטו-וולטאיים סולאריים הם המכשירים להמרת אנרגיה סולארית לחשמל. פיתוח אינטנסיבי וייצור פאנלים סולאריים בקנה מידה גדול החל מאז המילניום החדש הזה. קיבולת PV שמש עולמית הגיעה ל-494.3GW בשנת 2018 וצפויה לגדול ביותר מ-1 TW בין 2019 ל-2030 (מקור: GlobalData Power Database). על פי ההערכות, רוב תוספת הקיבולת בתקופה זו מגיעה מסין, הודו ומדינות אחרות באסיה-פסיפיק. עם הצמיחה המהירה של הקיבולת המותקנת ושיפור הטכנולוגיה, עלות ההון הממוצעת של הקמת PV סולארי מצטמצמת באופן משמעותי, אך עדיין משתנה מאוד ממדינה למדינה. ירידת עלות הייצור והתוכניות הממשלתיות מביאות לירידה במחיר המערכת הממוצע של PV סולארי. עלות ההון הממוצעת העולמית של מפעלי PV סולאריים הייתה 4,162 $/קילווואט (KW) בשנת 2010, ירדה ל- 1,240 $/KW בשנת 2018, והיא מוערכת לרדת עוד יותר בהתבסס על הערכות עלויות במספר מדינות ולהגיע ל-997 $ עד 2030. האיור שלהלן מראה מגמת מחירי המערכת הממוצעת של PV שמש עולמי וחמש מדינות PV סולאריות המובילות בין 2010 ל-2018.

שוק PV שמש, גלובלי, עלות ממוצעת של מדינות מפתח ועולמיות ($/KW), 2010–2018 (מקור: GlobalData)

כדי לשמור על תחרותיות, יצרני PV ומערכות חשמל מחפשים ללא הרף טכנולוגיות חדשות. יעילות המרת הספק ומשקל/גודל המהפך ועלות החומר כולם הם ההיבטים שתכנון צריך להיחשב בהם. רמות ההספק והמתח של הממיר הסולארי משתנות בהתאם ליישומים. יישומי מגורים הם לרוב מתחת ל-10kW, והמסחריות נעות בדרך כלל בין 10kW ל-70kW. תחנות כוח בקנה מידה שימושי הן מעל 70 קילוואט. נכון לעכשיו, רוב תחנות הכוח עדיין משתמשות במתח אוטובוס מקסימלי של 1000V, אך חוות סולאריות גדולות שפותחו לאחרונה החלו להעלות את מתח ה-PV ל-1500V מ-1000V. מתח גבוה יותר יכול להפחית את הפסדי מוליכים למחצה ונחושת ולשפר עוד יותר את יעילות מערכת החשמל. עבור מתח אוטובוס של 1500V, טופולוגיות חיזוק תלת-מפלסיות וטופולוגיות מהפך הופכות לפתרון התקף היחיד עם התקני מיתוג של 3V.

דיודות SiC נמצאות בשימוש נרחב בתכנון ממירי PV Boost, ו- SiC MOSFETs שימשו בפיתוחים רבים של ממירים בעלי ביצועים גבוהים. להלן שתי דוגמאות טופולוגיה המשמשות בתכנון מהפך PV.

מהפך 60kW עם פתרון TO-247 SiC MOSFET

מהפך 1500V 150kW עם TO-247 SiC MOSFET ו-IV1E SiC Module Solution IVCT פיתחה ממיר דחיפה משולב של 20kW כדי להדגים ביצועים של דיודות SiC ו-MOSFET. הממיר משתמש בארבעה 80mOhm 1200V IV1Q12080T4 MOSFTE וארבע דיודות 10A 1200V IV1D12010T3. ב-65kHz, הממיר משיג יעילות של 99.4% עם קלט של 600V ויציאה של 800V. ה-MOSFETs מונעים על ידי מנהל התקן SiC MOSFET IVCR1401. צורות הגל שלהלן מציגות קצוות עולים ויורדים של Vd נקיים.