Применения

Солнечная энергия является самым чистым и обильным возобновляемым источником энергии. Солнечные фотоэлектрические (ФЭ) ячейки или панели являются устройствами для преобразования солнечной энергии в электричество. Интенсивное развитие и массовое производство солнечных панелей началось с начала нового тысячелетия. Глобальная мощность солнечных ФЭ установок достигла 494,3 ГВт в 2018 году и ожидается рост более чем на 1 ТВт между 2019 и 2030 годами (Источник: GlobalData Power Database). Большая часть прироста мощности в этот период, как прогнозируется, будет обеспечена Китаем, Индией и другими странами Азиатско-Тихоокеанского региона. В связи с быстрым ростом установленной мощности и улучшением технологий, средние капитальные затраты на установку солнечных ФЭ систем значительно снизились, но все еще сильно различаются от страны к стране. Падение стоимости производства и государственные программы приводят к снижению средней стоимости системы солнечных ФЭ. Глобальные средние капитальные затраты на солнечные ФЭ станции составляли $4162/киловатт (КВт) в 2010 году, снизившись до $1240/кВт в 2018 году, и, согласно оценкам стоимости в нескольких странах, ожидается дальнейшее падение до $997 к 2030 году. Приведенная ниже диаграмма показывает тенденцию изменения средней стоимости системы глобальных солнечных ФЭ и пяти ведущих стран по солнечным ФЭ между 2010 и 2018 годами.

Рынок солнечной фотоэлектрической энергии, глобальный, средняя стоимость ключевых стран и мировая ($/КВт), 2010–2018 (Источник: GlobalData)

Для сохранения конкурентоспособности производители фотоэлектрических систем и систем электропитания постоянно ищут новые технологии. КПД преобразования мощности, вес/размер инвертора и стоимость материалов — все эти аспекты необходимо учитывать при проектировании. Уровни мощности и напряжения солнечных преобразователей варьируются в зависимости от применения. Жилые приложения обычно имеют мощность менее 10 кВт, а коммерческие системы обычно находятся в диапазоне от 10 кВт до 70 кВт. Электростанции промышленного масштаба имеют мощность более 70 кВт. В настоящее время большинство электростанций по-прежнему используют максимальное шинное напряжение 1000 В, но недавно разработанные крупные солнечные фермы начали увеличивать напряжение ФЭМ с 1000 В до 1500 В. Повышенное напряжение может снизить потери на полупроводниках и меди и повысить эффективность электросистемы. Для шинного напряжения 1500 В топологии трехуровневого повышения и инвертора становятся единственным допустимым решением с устройствами переключения на 1200 В.

Диоды на основе SiC широко используются в проектировании преобразователей повышения для ФВ, а транзисторы SiC применяются во многих разработках высокопроизводительных инверторов. Ниже приведены два примера топологии, используемые в проектировании инверторов ФВ.

Инвертор мощностью 60 кВт с решением на базе транзисторов SiC TO-247

Инвертор 1500В, 150кВт с использованием транзисторов SiC TO-247 и модуля SiC IV1E IVCT разработал 20-киловаттный интерлированный повышающий преобразователь для демонстрации характеристик диодов и транзисторов SiC. Преобразователь использует четыре транзистора MOSFET IV1Q12080T4 напряжением 1200В и сопротивлением 80мОм и четыре диода IV1D12010T3 напряжением 1200В и током 10А. При частоте 65кГц преобразователь достигает КПД 99,4% при входном напряжении 600В и выходном напряжении 800В. Транзисторы управляются драйвером SiC MOSFET IVCR1401. Приведенные ниже графики показывают четкие фронты и спады Vds.