Wnioski

Energia słoneczna jest najczystszy i najbnajbardziej obfitym źródłem odnawialnej energii dostępnej. Komórki lub panele fotowoltaiczne (PV) to urządzenia do konwersji energii słonecznej w elektryczność. Intensywny rozwój i masowe produkcja paneli słonecznych rozpoczęły się od nowego tysiąclecia. Globalna pojemność PV osiągnęła 494,3GW w 2018 roku i se oczekuje wzrostu o ponad 1 TW między 2019 a 2030 (Źródło: GlobalData Power Database). Większość przyrostu pojemności w tym okresie szacuje się, że pochodzi z Chin, Indii i innych krajów regionu Azji-Pacyfiku. Wraz z szybkim wzrostem zainstalowanej pojemności i poprawą technologii, średnie koszty kapitałowe budowy instalacji PV zmniejszają się znacząco, ale wciąż różnią się szeroko od kraju do kraju. Malejące koszty produkcji i rządowe programy prowadzą do spadku średniej ceny systemu PV. Średni globalny koszt kapitałowy elektrowni PV wynosił 4162 USD/kilowatt (KW) w 2010 roku, spadając do 1240 USD/kW w 2018 roku, i se estymuje dalszego spadku na podstawie kosztów w wielu krajach, osiągając 997 USD do 2030 roku. Poniższy wykres przedstawia trend średnich cen systemowych globalnego PV oraz pięciu największych krajów PV między 2010 a 2018 rokiem.

Rynek fotowoltaiczny, globalny, średni koszt krajów kluczowych i globalnie ($/KW), 2010–2018 (Źródło: GlobalData)

Aby pozostać konkurencyjnymi, producenci modułów PV i systemów energetycznych nieustannie poszukują nowych technologii. Efektywność konwersji mocy, waga/inwercja rozmiaru oraz koszt materiałów są aspektami, które projekt musi uwzględnić. Poziomy mocy i napięcia konwertera słonecznego różnią się w zależności od zastosowań. Aplikacje dla gospodarstw domowych są Mostly poniżej 10kW, a komercyjne zwykle mieszczą się w przedziale od 10kW do 70kW. Elektrownie przemysłowe mają moc powyżej 70kW. Obecnie większość elektrowni nadal używa maksymalnego napięcia szyny wynoszącego 1000V, ale ostatnio rozwijane większe farmy słoneczne zaczęły zwiększać napięcie PV do 1500V z 1000V. Wyższe napięcie może zmniejszyć straty w półprzewodnikach i miedzi oraz dalej poprawić efektywność systemu elektrycznego. Dla napięcia szyny 1500V, topologie z trzema poziomami wzmacniania i inwersji stają się jedynymi prawidłowymi rozwiązaniami przy urządzeniach przełączających o napięciu 1200V.

Diody SiC są szeroko wykorzystywane w projektowaniu konwerterów PV, a tranzystory MOSFET SiC zostały zastosowane w wielu opracowaniach inwersorów o wysokiej wydajności. Poniżej przedstawiono dwa przykłady topologii używane w projekcie inwersora PV.

Inwerter 60kW z rozwiązaniem TO-247 SiC MOSFET

Inwerter 1500V 150kW z rozwiązaniem TO-247 SiC MOSFET i modułu SiC IV1E IVCT opracował 20kW przekonwertownik przemienny do pokazania wydajności diody SiC i MOSFET. Konwerter używa czterech MOSFETów 80mOhm 1200V IV1Q12080T4 oraz czterech diod 10A 1200V IV1D12010T3. Przy częstotliwości 65kHz, konwerter osiąga efektywność 99,4% przy napięciu wejściowym 600V i wyjściowym 800V. Tranzystory MOSFET są sterowane przez sterownik SiC MOSFET IVCR1401. Poniższe wykresy pokazują czyste krawędzie rosnące i malejące Vds.