Ứng dụng

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo sạch và dồi dào nhất hiện có. Các tế bào hoặc tấm quang điện mặt trời (PV) là thiết bị chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng. Sự phát triển chuyên sâu và sản xuất tấm pin mặt trời quy mô lớn đã bắt đầu kể từ thiên niên kỷ mới này. Công suất điện mặt trời toàn cầu đã đạt 494.3GW vào năm 2018 và dự kiến ​​sẽ tăng hơn 1 TW từ năm 2019 đến năm 2030 (Nguồn: Cơ sở dữ liệu năng lượng GlobalData). Hầu hết công suất bổ sung trong giai đoạn này ước tính đến từ Trung Quốc, Ấn Độ và các nước châu Á - Thái Bình Dương khác. Với sự tăng trưởng nhanh chóng của công suất lắp đặt và cải tiến công nghệ, chi phí vốn trung bình để lắp đặt hệ thống điện mặt trời giảm đáng kể nhưng vẫn khác nhau giữa các quốc gia. Chi phí sản xuất và các chương trình của chính phủ giảm đang dẫn đến giá hệ thống điện mặt trời trung bình giảm. Chi phí vốn trung bình toàn cầu của các nhà máy điện mặt trời là 4,162 USD/kilowatt (KW) vào năm 2010, giảm xuống còn 1,240 USD/kW vào năm 2018 và ước tính sẽ giảm hơn nữa dựa trên ước tính chi phí ở một số quốc gia và đạt 997 USD vào năm 2030. Hình dưới đây cho thấy xu hướng giá hệ thống trung bình của điện mặt trời toàn cầu và 2010 quốc gia có điện mặt trời hàng đầu trong giai đoạn 2018-XNUMX.

Thị trường điện mặt trời, toàn cầu, chi phí trung bình của các quốc gia chính và toàn cầu ($/KW), 2010–2018 (Nguồn: GlobalData)

Để duy trì tính cạnh tranh, các nhà sản xuất hệ thống điện và quang điện không ngừng tìm kiếm các công nghệ mới. Hiệu suất chuyển đổi nguồn và trọng lượng/kích thước của Biến tần cũng như chi phí vật liệu đều là những khía cạnh mà thiết kế cần tính đến. Mức công suất và điện áp của bộ chuyển đổi năng lượng mặt trời thay đổi tùy theo ứng dụng. Các ứng dụng dân dụng hầu hết đều có công suất dưới 10kW và thương mại thường nằm trong khoảng từ 10kW đến 70kW. Các nhà máy điện quy mô tiện ích có công suất trên 70kW. Hiện nay hầu hết các nhà máy điện vẫn sử dụng điện áp bus tối đa 1000V, nhưng các trang trại năng lượng mặt trời lớn mới phát triển gần đây đã bắt đầu tăng điện áp PV từ 1500V lên 1000V. Điện áp cao hơn có thể làm giảm tổn thất chất bán dẫn và đồng, đồng thời cải thiện hơn nữa hiệu suất của hệ thống điện. Đối với điện áp bus 1500V, cấu trúc liên kết biến tần và tăng áp 3 cấp trở thành giải pháp hợp lệ duy nhất với các thiết bị chuyển mạch 1200V.

Điốt SiC đã được sử dụng rộng rãi trong thiết kế bộ chuyển đổi tăng áp PV và MOSFET SiC đã được sử dụng trong nhiều quá trình phát triển biến tần hiệu suất cao. Sau đây là hai ví dụ về cấu trúc liên kết được sử dụng trong thiết kế biến tần PV.

Biến tần 60kW với giải pháp MOSFET TO-247 SiC

Biến tần 1500V 150kW với Giải pháp mô-đun SiC TO-247 SiC và IV1E SiC IVCT đã phát triển bộ chuyển đổi tăng áp xen kẽ 20kW để chứng minh hiệu suất của diode SiC và MOSFET. Bộ chuyển đổi sử dụng bốn MOSFTE 80mOhm 1200V IV1Q12080T4 và bốn điốt 10A 1200V IV1D12010T3. Ở tần số 65kHz, bộ chuyển đổi đạt hiệu suất 99.4% với đầu vào 600V và đầu ra 800V. Các MOSFET được điều khiển bởi trình điều khiển SiC MOSFET IVCR1401. Các dạng sóng bên dưới hiển thị các cạnh tăng và giảm Vds rõ ràng.