ANWENDUNGEN

Solarenergie ist die sauberste und reichlichste erneuerbare Energiequelle, die verfügbar ist. Solare Photovoltaik (PV)-Zellen oder -Module sind die Geräte, die Solarenergie in Elektrizität umwandeln. Intensive Entwicklung und Massenproduktion von Solarpaneelen hat seit diesem neuen Jahrtausend begonnen. Die weltweite Solarenergie-PV-Kapazität erreichte 2018 494,3 GW und wird zwischen 2019 und 2030 um über 1 TW wachsen (Quelle: GlobalData Power Database). Der Großteil der Kapazitätserweiterung in dieser Zeit wird wahrscheinlich von China, Indien und anderen Ländern im Asien-Pazifik-Raum kommen. Mit dem raschen Wachstum der installierten Kapazität und technologischen Verbesserungen verringert sich der durchschnittliche Anschaffungskosten für Solarenergie-PV erheblich, variiert jedoch weiterhin stark von Land zu Land. Die sinkenden Produktionskosten und staatliche Förderprogramme führen zu einem gesunkenen durchschnittlichen Systempreis für Solarenergie-PV. Die weltweiten durchschnittlichen Anschaffungskosten für Solarenergie-PV-Anlagen lagen 2010 bei 4.162 USD pro Kilowatt (KW), sanken auf 1.240 USD/kW im Jahr 2018 und werden laut Kostenschätzungen in mehreren Ländern weiter fallen und bis 2030 auf 997 USD sinken. Das folgende Diagramm zeigt den Trend des durchschnittlichen Systempreises für globale Solarenergie-PV und die fünf führenden Solarenergie-PV-Länder zwischen 2010 und 2018.

Solar-PV-Markt, global, durchschnittliche Kosten der Schlüsselländer und global ($/KW), 2010–2018 (Quelle: GlobalData)

Um wettbewerbsfähig zu bleiben, suchen Hersteller von PV- und Stromsystemen stets nach neuen Technologien. Die Effizienz der Stromumwandlung, das Gewicht/ die Größe des Wechselrichters und die Materialkosten sind alle Aspekte, die bei einer Design-Bewertung berücksichtigt werden müssen. Die Leistungs- und Spannungsebenen von Solarwandleren variieren je nach Anwendung. Wohnanwendungen liegen meist unter 10 kW, während kommerzielle Anwendungen normalerweise zwischen 10 kW und 70 kW liegen. Großstrom-Anlagen haben eine Leistung über 70 kW. Derzeit verwenden die meisten Kraftwerke noch eine maximale Busspannung von 1000 V, aber neuere große Solarparks haben begonnen, die PV-Spannung von 1000 V auf 1500 V zu erhöhen. Eine höhere Spannung kann Halbleiter- und Kupferverluste reduzieren und die Effizienz des Stromsystems weiter verbessern. Bei einer Busspannung von 1500 V werden 3-Stufen-Boost- und Wechselrichter-Topologien mit Schaltgeräten von 1200 V zur einzigen praktikablen Lösung.

SiC-Dioden werden in der PV-Boosterwandlergestaltung weit verbreitet eingesetzt, und SiC-MOSFETs werden in vielen Hochleistungswechselrichterentwicklungen genutzt. Im Folgenden sind zwei Topologiebeispiele für die Verwendung in PV-Wechselrichtergestaltung aufgeführt.

60kW Wechselrichter mit TO-247 SiC MOSFET Lösung

1500V 150kW Wechselrichter mit TO-247 SiC MOSFET und IV1E SiC Modul-Lösung. IVCT hat einen 20kW interleaved Boost-Wandler entwickelt, um die Leistung von SiC-Dioden und -MOSFETs zu demonstrieren. Der Wandler verwendet vier 80mOhm 1200V IV1Q12080T4 MOSFETs und vier 10A 1200V IV1D12010T3 Dioden. Bei 65kHz erreicht der Wandler eine Effizienz von 99,4 % bei einer Eingangsspannung von 600V und einer Ausgangsspannung von 800V. Die MOSFETs werden durch den SiC-MOSFET-Treiber IVCR1401 betrieben. Die unten gezeigten Signale zeigen klare Vds-Anstiegs- und -Absenkflanken.