Användning

Solenergi är den renaste och mest tillgängliga förnybara energikällan. Solceller (PV) eller paneler är enheterna som konverterar solenergi till elektricitet. Intensiv utveckling och storskalig produktion av solcellspaneler har pågått sedan detta nya årtusendet. Den globala sol-PV-kapaciteten nådde 494,3 GW 2018 och förväntas växa med mer än 1 TW mellan 2019 och 2030 (Källa: GlobalData Power Database). Det mesta av kapacitetsökningen under denna period uppskattas att komma från Kina, Indien och andra länder i Asien-Pacifikområdet. Med den snabba tillväxten av installerad kapacitet och teknologiförbättringar minskar genomsnittliga investeringar för att sätta upp sol-PV betydligt, men skillnaderna mellan länderna är fortfarande stora. De sjunkande produktionskostnaderna och regeringars initiativ resulterar i en minskad genomsnittlig systempris för sol-PV. Den globala genomsnittliga investeringskostnaden för sol-PV-anläggningar var $4,162/kilowatt (KW) 2010, minskade till $1,240/kW 2018 och uppskattas att fortsätta sjunka baserat på kostnadsuppskattningar i flera länder och nå $997 år 2030. Följande figur visar trenden för genomsnittlig systempris för global sol-PV och de fem främsta sol-PV-länderna mellan 2010 och 2018.

Solcellsmarknad, global, genomsnittliga kostnader för viktiga länder och globalt ($/KW), 2010–2018 (Källa: GlobalData)

För att förbli konkurrenskraftiga letar tillverkare av solceller och kraftsystem ständigt efter nya tekniker. Effektomvandlings-effektivitet, växelströmsomvandlarens vikt/storlek och materialkostnad är alla aspekter som en design behöver ta hänsyn till. Solomvandlarnas effekt- och spänningsnivåer varierar beroende på tillämpning. Bostadsanvändning ligger vanligtvis under 10 kW, medan kommersiell användning vanligtvis ligger mellan 10 kW och 70 kW. Kraftverk på nätsskala har en effekt över 70 kW. För närvarande använder de flesta kraftverk fortfarande en maximal bussspänning på 1000V, men nyligen utvecklade stora solcellsparker har börjat höja solcellsspänningen från 1000V till 1500V. En högre spänning kan minska halvledar- och kopparförluster och ytterligare förbättra effektiviteten i kraftsystemet. För en bussspänning på 1500V blir 3-nivåers boost och invertertopologier de enda giltiga lösningarna med 1200V-switchande enheter.

SiC-dioder har används bredt i designen av PV-boost-konverterare, och SiC MOSFETs har använts i utvecklingen av många högpresterande inverterare. Följande är två topologiexempel som används i designen av PV-inverterare.

60kW Inverter med TO-247 SiC MOSFET-lösning

1500V 150kW Inverter med TO-247 SiC MOSFET och IV1E SiC-modullösning IVCT har utvecklat en 20kW interlacerad boost-konverterare för att demonstrera SiC-diodes och MOSFET-prestanda. Konverteraren använder fyra 80mOhm 1200V IV1Q12080T4 MOSFETer och fyra 10A 1200V IV1D12010T3 dioder. Vid 65kHz uppnår konverteraren 99.4% effektivitet med 600V inmatning och 800V utmatning. MOSFETerna styrs av SiC MOSFET-drivrutin IVCR1401. Vds-böjder nedan visar rena stigande och fallande kanter.