Aplicații

Energia solară este cea mai curată și cea mai abundentă sursă de energie regenerabilă disponibilă. Celulele sau panourile fotovoltaice (PV) solare sunt dispozitivele care convertește energia solară în electricitate. Dezvoltarea intensivă și producția la scară largă a panourilor solare a început din nou mileniu. Capacitatea globală PV solară a ajuns la 494,3 GW în 2018 și se așteaptă să crească cu peste 1 TW între 2019 și 2030 (Sursă: Bază de Date GlobalData Power). Majoritatea adăugărilor capacității în această perioadă se estimează că vor veni din China, India și alte țări din Asia-Pacific. Cu creșterea rapidă a capacității instalate și îmbunătățirea tehnologiei, costul mediu al capitalului necesar pentru instalarea sistemelor PV solare scade semnificativ, dar variază în mod considerabil de la țară la țară. Scăderea costurilor de producție și schemele guvernamentale duc la o reducere a prețului mediu al sistemelor PV solare. Costul mediu global al capitalului pentru plantele PV solare a fost de $4.162/kilowatt (KW) în 2010, scăzând la $1.240/kW în 2018, și se estimează că va scădea mai mult pe baza estimărilor de cost din mai multe țări, ajungând la $997 până în 2030. Figura de mai jos arată tendința prețului mediu al sistemelor globale PV solare și a celor cinci țări principale cu PV solar între 2010 și 2018.

Piața PV Solar, globală, costul mediu al țărilor cheie și global ($/KW), 2010–2018 (Sursă: GlobalData)

Pentru a menține competitivitatea, fabricanții de sisteme PV și de sisteme electrice caută în mod continuu tehnologii noi. Eficiența de conversie a puterii, greutatea/mărimea inversorului și costul materialului sunt toate aspecte pe care un design trebuie să le țină cont. Nivelurile de putere și tensiune ale convertorului solar variază în funcție de aplicații. Aplicațiile rezidențiale sunt în majoritate sub 10 kW, iar cele comerciale se situează obișnuit între 10 kW și 70 kW. Centralele electrice la scară utilitară depășesc 70 kW. În prezent, majoritatea centralelor electrice utilizează încă o tensiune maximă de autobuz de 1000V, dar cele mai recente ferme solare mari au început să crească tensiunea PV la 1500V față de 1000V. O tensiune mai mare poate reduce pierderile de semiconductor și de cupru și să îmbunătățească mai mult eficiența sistemului electric. Pentru o tensiune de autobuz de 1500V, topologiile cu trei niveluri pentru boost și inversor devin singura soluție validă cu dispozitive de comutare de 1200V.

Diodele SiC au fost folosite pe scară largă în proiectarea convertorului de boost PV, iar tranzistorii MOSFET SiC au fost utilizați în dezvoltarea multor inversoare cu performanță ridicată. Următoarele sunt două exemple de topologie utilizate în proiectarea inversoarelor PV.

Inversor de 60kW cu soluție TO-247 SiC MOSFET

Inversor de 150kW la 1500V cu soluție TO-247 SiC MOSFET și modul SiC IV1E IVCT a dezvoltat un convertor boost intercalat de 20kW pentru a demonstra performanța diodelor SiC și a tranzistorilor MOSFET. Convertorul utilizează patru MOSFTE-uri IV1Q12080T4 de 80mOhm 1200V și patru diode IV1D12010T3 de 10A 1200V. La 65kHz, convertorul atinge o eficiență de 99.4% cu tensiune de intrare de 600V și tensiune de ieșire de 800V. Tranzistorii MOSFET sunt comandăți de către driver-ul de tranzistor SiC IVCR1401. Undele de mai jos arată marginile curate ale lui Vds crescând și scăzând.