การใช้งาน

พลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สะอาดที่สุดและมีอยู่มากที่สุด พลังงานแสงอาทิตย์สามารถเปลี่ยนเป็นไฟฟ้าได้โดยใช้อุปกรณ์ เช่น เซลล์หรือแผงโซลาร์โฟโตโวลเทอิก (PV) การพัฒนาอย่างเข้มข้นและการผลิตแผงโซลาร์ในระดับใหญ่เริ่มต้นขึ้นตั้งแต่ศตวรรษใหม่นี้ กำลังการผลิตโซลาร์ PV ทั่วโลกได้ถึง 494.3 กิกะวัตต์ในปี 2018 และคาดว่าจะเติบโตเกินกว่า 1 เทราวัตต์ระหว่างปี 2019 ถึง 2030 (ที่มา: GlobalData Power Database) ส่วนใหญ่ของกำลังการผลิตที่เพิ่มขึ้นในช่วงเวลาดังกล่าวคาดว่าจะมาจากประเทศจีน อินเดีย และประเทศในภูมิภาคเอเชียแปซิฟิกอื่น ๆ ด้วยการเติบโตอย่างรวดเร็วของกำลังการติดตั้งและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ค่าใช้จ่ายเฉลี่ยในการสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ แต่ยังคงแตกต่างกันไปในแต่ละประเทศ ค่าใช้จ่ายในการผลิตที่ลดลงและการสนับสนุนจากรัฐบาลทำให้ราคาเฉลี่ยของระบบโซลาร์ PV ลดลง ค่าใช้จ่ายเฉลี่ยสำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วโลกอยู่ที่ $4,162/กิโลวัตต์ (KW) ในปี 2010 ลดลงเหลือ $1,240/กิโลวัตต์ในปี 2018 และคาดว่าจะลดลงอีกตามการประมาณค่าในหลายประเทศ โดยคาดว่าจะถึง $997 ภายในปี 2030 แผนภาพด้านล่างแสดงแนวโน้มราคาเฉลี่ยของระบบโซลาร์ PV ทั่วโลกและประเทศที่มีระบบโซลาร์ PV มากที่สุด 5 อันดับระหว่างปี 2010 ถึง 2018

ตลาดพลังงานแสงอาทิตย์ PV ทั่วโลก ต้นทุนเฉลี่ยของประเทศหลักและทั่วโลก ($/KW) ปี 2010–2018 (ที่มา: GlobalData)

เพื่อรักษาความแข่งขัน ผู้ผลิตระบบพลังงานแสงอาทิตย์ PV และระบบพลังงานไฟฟ้ากำลังมองหาเทคโนโลยีใหม่อยู่เสมอ การแปลงประสิทธิภาพพลังงาน น้ำหนัก/ขนาดของอินเวอร์เตอร์ และต้นทุนของวัสดุเป็นสิ่งที่การออกแบบจำเป็นต้องพิจารณา ระดับแรงดันไฟฟ้าและกำลังของคอนเวอร์เตอร์แสงอาทิตย์จะแตกต่างกันไปตามการใช้งาน การใช้งานในบ้านส่วนใหญ่มีกำลังน้อยกว่า 10kW ส่วนเชิงพาณิชย์มักอยู่ระหว่าง 10kW ถึง 70kW พลังงานขนาดใหญ่สำหรับโรงงานผลิตไฟฟ้าจะมีกำลังมากกว่า 70kW ในปัจจุบันโรงงานผลิตไฟฟ้าส่วนใหญ่ยังคงใช้แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ 1000V แต่ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ที่พัฒนาขึ้นล่าสุดได้เริ่มเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจาก 1000V เป็น 1500V แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นสามารถลดการสูญเสียของเซมิคอนดักเตอร์และทองแดง และเพิ่มประสิทธิภาพของระบบพลังงานได้มากขึ้น สำหรับแรงดันไฟฟ้าบัสที่ 1500V ท็อปโพโลยีบูสต์และอินเวอร์เตอร์แบบ 3 ระดับกลายเป็นทางเลือกเดียวที่เหมาะสมด้วยอุปกรณ์สวิตช์แรงดันไฟฟ้า 1200V

ไดโอด SiC ได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายในการออกแบบคอนเวอร์เตอร์บูสต์ PV และ MOSFETs SiC ก็ได้ถูกนำมาใช้ในการพัฒนาอินเวอร์เตอร์ประสิทธิภาพสูงมากมาย ต่อไปนี้คือตัวอย่างท็อปโลจีสองแบบที่ใช้ในการออกแบบอินเวอร์เตอร์ PV

อินเวอร์เตอร์ 60kW ด้วยโซลูชัน TO-247 SiC MOSFET

อินเวอร์เตอร์ 1500V 150kW ด้วยโซลูชัน TO-247 SiC MOSFET และโมดูล SiC IV1E IVCT ได้พัฒนาคอนเวอร์เตอร์บูสต์แบบสลับกันขนาด 20kW เพื่อแสดงให้เห็นถึงสมรรถนะของไดโอดและ MOSFETs SiC คอนเวอร์เตอร์นี้ใช้ MOSFTEs รุ่น IV1Q12080T4 จำนวนสี่ตัว ความต้านทาน 80mOhm แรงดันไฟฟ้า 1200V และไดโอดรุ่น IV1D12010T3 จำนวนสี่ตัว กระแสไฟฟ้า 10A แรงดันไฟฟ้า 1200V ที่ความถี่ 65kHz คอนเวอร์เตอร์สามารถทำประสิทธิภาพได้ถึง 99.4% เมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าอยู่ที่ 600V และแรงดันไฟฟ้าขาออกอยู่ที่ 800V MOSFETs ถูกขับเคลื่อนโดยไดรเวอร์ MOSFETs SiC รุ่น IVCR1401 กราฟด้านล่างแสดงให้เห็นถึงขอบการเพิ่มขึ้นและการลดลงของ Vds ที่สะอาด