Aplicações

A energia solar é a fonte de energia renovável mais limpa e abundante disponível. Células ou painéis fotovoltaicos (PV) solares são os dispositivos que convertem energia solar em eletricidade. O desenvolvimento intensivo e a produção em larga escala de painéis solares começaram desde o início deste novo milênio. A capacidade global de PV solar atingiu 494,3 GW em 2018 e espera-se que cresça em mais de 1 TW entre 2019 e 2030 (Fonte: GlobalData Power Database). A maior parte do aumento da capacidade durante este período é estimada vir da China, Índia e outros países da Ásia-Pacífico. Com o crescimento rápido da capacidade instalada e o avanço tecnológico, o custo médio de capital para instalação de PV solar reduziu significativamente, mas ainda varia amplamente de país para país. O custo de produção em queda e os programas governamentais estão resultando em uma diminuição do preço médio do sistema de PV solar. O custo médio global de capital das usinas de PV solar foi de $4.162/kilowatt (KW) em 2010, reduzindo para $1.240/kW em 2018, e é estimado cair ainda mais com base nas projeções de custo em vários países, alcançando $997 até 2030. A figura abaixo mostra a tendência do preço médio do sistema de PV solar global e dos cinco principais países de PV solar entre 2010 e 2018.

Mercado de PV Solar, custo médio global dos principais países e global ($/KW), 2010–2018 (Fonte: GlobalData)

Para manter a competitividade, fabricantes de PV e sistemas de energia estão constantemente buscando novas tecnologias. A eficiência de conversão de potência, o peso/tamanho do inversor e o custo de materiais são todos aspectos que um design precisa considerar. Os níveis de potência e tensão dos conversores solares variam com base nas aplicações. Aplicações residenciais são na maioria das vezes abaixo de 10kW, e as comerciais geralmente variam entre 10kW e 70kW. Usinas de escala utilitária são superiores a 70kW. Atualmente, a maioria das usinas ainda utiliza uma tensão máxima de barramento de 1000V, mas os grandes parques solares recentemente desenvolvidos começaram a aumentar a tensão PV para 1500V a partir de 1000V. Uma tensão mais alta pode reduzir as perdas de semicondutores e cobre e melhorar ainda mais a eficiência do sistema de energia. Para uma tensão de barramento de 1500V, topologias de aumento e inversor de 3 níveis se tornam a única solução válida com dispositivos de comutação de 1200V.

Diodos de SiC têm sido amplamente utilizados no design de conversores de aumento PV, e MOSFETs de SiC têm sido usados no desenvolvimento de muitos inversores de alto desempenho. A seguir estão dois exemplos de topologia usados no design de inversor PV.

Inversor de 60kW com Solução de MOSFET de SiC TO-247

Inversor de 1500V 150kW com Solução de MOSFET de SiC TO-247 e Módulo de SiC IV1E IVCT desenvolveu um conversor de aumento intercalado de 20kW para demonstrar o desempenho do diodo e MOSFET de SiC. O conversor utiliza quatro MOSFTEs de 80mOhm 1200V IV1Q12080T4 e quatro diodos de 10A 1200V IV1D12010T3. A 65kHz, o conversor atinge 99,4% de eficiência com entrada de 600V e saída de 800V. Os MOSFETs são acionados pelo driver de MOSFET de SiC IVCR1401. Os gráficos abaixo mostram bordas limpas de subida e descida de Vds.