Toepassingen

Zonne-energie is de schoonste en meest voorkomende hernieuwbare energiebron die beschikbaar is. Fotovoltaïsche (PV) zonnecellen of -panelen zijn apparaten die zonne-energie omzetten in elektriciteit. Sinds dit nieuwe millennium is er begonnen met intensieve ontwikkeling en grootschalige productie van zonnepanelen. De wereldwijde capaciteit voor zonne-energie heeft in 494.3 2018 GW bereikt en zal naar verwachting tussen 1 en 2019 met ruim 2030 TW groeien (Bron: GlobalData Power Database). Het grootste deel van de capaciteitsuitbreiding tijdens deze periode zal naar schatting afkomstig zijn uit China, India en andere landen in Azië en de Stille Oceaan. Met de snelle groei van de geïnstalleerde capaciteit en technologische verbeteringen nemen de gemiddelde kapitaalkosten voor het opzetten van zonne-energie aanzienlijk af, maar variëren nog steeds sterk van land tot land. De dalende productiekosten en overheidsregelingen resulteren in een lagere gemiddelde systeemprijs van zonne-energie. De mondiale gemiddelde kapitaalkosten van zonne-PV-installaties bedroegen in 4,162 $2010/kilowatt (KW), wat in 1,240 is gedaald tot $2018/kW. Op basis van kostenramingen in verschillende landen zal deze naar schatting verder dalen en tegen 997 $2030 bereiken. De onderstaande figuur laat zien de gemiddelde systeemprijsontwikkeling van mondiale zonne-energie en de top vijf van zonne-energielanden tussen 2010 en 2018.

Zonne-PV-markt, mondiaal, gemiddelde kosten van belangrijke landen en mondiaal ($/KW), 2010–2018 (Bron: GlobalData)

Om concurrerend te blijven, zijn fabrikanten van PV- en energiesystemen voortdurend op zoek naar nieuwe technologieën. De efficiëntie van de stroomomzetting, het gewicht/grootte van de omvormer en de materiaalkosten zijn allemaal aspecten waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerp. Het vermogen en de spanningsniveaus van de zonne-omvormer variëren afhankelijk van de toepassing. Residentiële toepassingen zijn meestal minder dan 10 kW, en commerciële toepassingen variëren gewoonlijk tussen 10 kW en 70 kW. Elektriciteitscentrales op utiliteitsschaal hebben een vermogen van meer dan 70 kW. Momenteel gebruiken de meeste elektriciteitscentrales nog steeds een maximale busspanning van 1000 V, maar recentelijk ontwikkelde grote zonneparken zijn begonnen met het verhogen van de PV-spanning van 1500 V naar 1000 V. Een hogere spanning kan halfgeleider- en koperverliezen verminderen en de efficiëntie van het energiesysteem verder verbeteren. Voor busspanning van 1500 V worden boost- en invertertopologieën met 3 niveaus de enige geldige oplossing met 1200 V-schakelapparaten.

SiC-diodes worden op grote schaal gebruikt bij het ontwerpen van PV-boostconverters, en SiC-MOSFET's zijn gebruikt bij veel hoogwaardige omvormerontwikkelingen. Hieronder volgen twee topologievoorbeelden die worden gebruikt bij het ontwerpen van PV-omvormers.

60 kW-omvormer met TO-247 SiC MOSFET-oplossing

1500V 150kW-omvormer met TO-247 SiC MOSFET en IV1E SiC-moduleoplossing IVCT heeft een 20kW interleaved boost-converter ontwikkeld om de SiC-diode- en MOSFET-prestaties te demonstreren. De converter maakt gebruik van vier 80mOhm 1200V IV1Q12080T4 MOSFTE's en vier 10A 1200V IV1D12010T3 diodes. Bij 65 kHz bereikt de converter een efficiëntie van 99.4% met een ingang van 600 V en een uitgang van 800 V. De MOSFET's worden aangestuurd door SiC MOSFET-driver IVCR1401. De onderstaande golfvormen tonen de stijgende en dalende randen van de Vds.