додатків

Сонячна енергія є найчистішим і найпоширенішим відновлюваним джерелом енергії. Сонячні фотоелектричні (PV) елементи або панелі — це пристрої для перетворення сонячної енергії в електрику. Інтенсивний розвиток і великомасштабне виробництво сонячних панелей почалося з цього нового тисячоліття. Глобальна потужність сонячних фотоелектричних установок досягла 494.3 ГВт у 2018 році та, як очікується, зросте більш ніж на 1 ТВт між 2019 і 2030 роками (Джерело: GlobalData Power Database). За оцінками, більшість доданих потужностей протягом цього періоду буде надходити з Китаю, Індії та інших країн Азіатсько-Тихоокеанського регіону. Зі швидким зростанням встановленої потужності та вдосконаленням технологій середні капітальні витрати на встановлення сонячної фотоелектричної системи значно зменшуються, але все ще значно відрізняються від країни до країни. Зменшення собівартості виробництва та державні схеми призводять до зниження середньої ціни сонячної фотоелектричної системи. Глобальна середня капітальна вартість сонячних фотоелектричних установок становила 4,162 дол. США/кіловат (КВт) у 2010 році, скоротившись до 1,240 дол. США/кВт у 2018 році, і, за оцінками, на основі оцінок витрат у кількох країнах вона буде далі падати та досягне 997 доларів США до 2030 року. На малюнку нижче показано, тенденція середніх цін на сонячні фотоелектричні системи в усьому світі та п’ять найкращих сонячних фотоелектричних країн у період з 2010 по 2018 роки.

Ринок сонячної фотоелектричної енергії, глобальний, середня вартість ключових країн і глобальний ($/КВт), 2010–2018 (Джерело: GlobalData)

Щоб зберегти конкурентоспроможність, виробники фотоелектричних та енергетичних систем постійно шукають нові технології. Ефективність перетворення електроенергії, вага/розмір інвертора та вартість матеріалів – це всі аспекти, які необхідно враховувати при проектуванні. Рівні потужності та напруги сонячного перетворювача залежать від застосування. Побутове застосування в основному менше 10 кВт, а комерційне зазвичай коливається від 10 до 70 кВт. Електростанції комунального масштабу мають потужність понад 70 кВт. На даний момент більшість електростанцій все ще використовують максимальну напругу шини 1000 В, але нещодавно розроблені великі сонячні електростанції почали збільшувати напругу фотоелектричної енергії з 1500 В до 1000 В. Вища напруга може зменшити втрати напівпровідника та міді та додатково підвищити ефективність енергосистеми. Для напруги шини 1500 В єдиним дійсним рішенням з комутаційними пристроями 3 В стає 1200-рівнева топологія підсилення та інвертор.

SiC-діоди широко використовувалися в розробці PV підвищувального перетворювача, а SiC MOSFET використовувалися в багатьох розробках високопродуктивних інверторів. Нижче наведено два приклади топології, які використовуються в конструкції фотоелектричного інвертора.

Інвертор потужністю 60 кВт із рішенням TO-247 SiC MOSFET

Інвертор 1500 В 150 кВт із TO-247 SiC MOSFET і IV1E SiC Module Solution IVCT розробив підвищуючий перетворювач із чергуванням потужністю 20 кВт, щоб продемонструвати ефективність SiC діода та MOSFET. Перетворювач використовує чотири MOSFTE 80 мОм 1200 В IV1Q12080T4 і чотири діоди 10 А 1200 В IV1D12010T3. На частоті 65 кГц перетворювач досягає ефективності 99.4% із входом 600 В і виходом 800 В. MOSFETs керуються драйвером SiC MOSFET IVCR1401. Осцилограми нижче показують чисті наростаючі та спадні фронти Vds.