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태양광 에너지는 현재 이용 가능한 가장 깨끗하고 풍부한 재생 가능 에너지 원입니다. 태양광 전지(PV) 셀 또는 패널은 태양광 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치입니다. 새로운 천년기 이후 집중적인 개발과 대규모 태양광 패널 생산이 시작되었습니다. 2018년 글로벌 태양광 PV 용량은 494.3GW에 도달했으며, 2019년부터 2030년까지 1TW 이상 성장할 것으로 예상됩니다(자료출처: GlobalData Power Database). 이 기간 동안 대부분의 추가 용량은 중국, 인도 및 기타 아시아 태평양 국가들에서 나올 것으로 추정됩니다. 설치 용량의 급격한 증가와 기술 개선으로 인해 태양광 PV 설비의 평균 자본 비용이 크게 감소했지만, 여전히 국가별로 큰 차이를 보이고 있습니다. 감소하는 생산 비용과 정부 정책으로 인해 태양광 PV의 평균 시스템 가격이 하락하고 있습니다. 2010년 글로벌 태양광 발전소의 평균 자본 비용은 $4,162/킬로와트(KW)였으나 2018년에는 $1,240/kW로 감소했으며, 여러 나라들의 비용 추정치에 따르면 2030년까지 더 낮아져 $997에 도달할 것으로 예상됩니다. 아래 그림은 2010년부터 2018년까지 글로벌 태양광 PV와 상위 다섯 개 태양광 PV 국가들의 평균 시스템 가격 추이를 보여줍니다.

태양광 PV 시장, 글로벌, 주요 국가들의 평균 비용 및 글로벌 ($/KW), 2010-2018 (자료 출처: GlobalData)

경쟁력을 유지하기 위해, PV 및 전력 시스템 제조업체들은 새로운 기술을 지속적으로 탐구하고 있습니다. 전력 변환 효율, 인버터 무게/크기 및 재료 비용은 모두 설계에서 고려해야 할 요소입니다. 태양광 컨버터의 출력과 전압 수준은 응용 분야에 따라 다릅니다. 주거용 응용은 대부분 10kW 이하이며, 상업용은 일반적으로 10kW에서 70kW 사이입니다. 유틸리티급 발전소는 70kW 이상입니다. 현재 대부분의 발전소는 여전히 최대 버스 전압이 1000V이지만, 최근 개발된 대형 태양광 농장에서는 PV 전압을 1000V에서 1500V로 증가시키고 있습니다. 더 높은 전압은 반도체 및 구리 손실을 줄이고 전력 시스템 효율을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 1500V 버스 전압의 경우 1200V 스위칭 장치를 사용할 때 3레벨 부스트 및 인버터 토폴로지가 유일한 적합한 솔루션으로 됩니다.

SiC 다이오드는 PV 부스트 컨버터 설계에서 널리 사용되어 왔으며, SiC MOSFET는 많은 고성능 인버터 개발에 사용되었습니다. 다음은 PV 인버터 설계에서 사용된 두 가지 토폴로지 예입니다.

TO-247 SiC MOSFET 솔루션을 사용한 60kW 인버터

TO-247 SiC MOSFET 및 IV1E SiC 모듈 솔루션을 사용한 1500V 150kW 인버터 IVCT는 SiC 다이오드와 MOSFET 성능을 시연하기 위해 20kW 인터리브드 부스트 컨버터를 개발했습니다. 이 컨버터는 네 개의 80mOhm 1200V IV1Q12080T4 MOSFET와 네 개의 10A 1200V IV1D12010T3 다이오드를 사용합니다. 65kHz에서 이 컨버터는 600V 입력과 800V 출력으로 99.4% 효율을 달성합니다. MOSFET는 SiC MOSFET 드라이버 IVCR1401으로 구동됩니다. 아래의 파형은 깨끗한 Vds 상승 및 하강 에지 edge를 보여줍니다.