アプリケーション

太陽エネルギーは、利用可能な最もクリーンで豊富な再生可能エネルギー源です。太陽光発電（PV）セルまたはパネルは、太陽エネルギーを電気に変換するための装置です。集中的な開発と大規模な太陽光パネルの生産は、この新しい千年紀が始まってから行われてきました。2018年には世界の太陽光PV容量が494.3ギガワット（GW）に達し、2019年から2030年の間に1テラワット（TW）以上増加すると予想されています（出典：GlobalData Power Database）。この期間中の大部分の容量増加分は、中国、インドおよびその他のアジア太平洋地域の国々から来ると推定されています。設置容量の急速な増加と技術の進歩により、太陽光PVの平均資本コストは大幅に削減されましたが、国によって大きく異なります。減少する生産コストと政府の施策により、太陽光PVの平均システム価格が低下しています。2010年に世界の太陽光PVプラントの平均資本コストは1キロワット（KW）あたり$4,162でしたが、2018年には$1,240/kWに減少し、いくつかの国のコスト推計に基づいてさらに下落し、2030年までに$997に達すると見込まれています。以下の図は、2010年から2018年までの世界の太陽光PVおよびトップ5の太陽光PV国の平均システム価格のトレンドを示しています。

太陽光発電市場、グローバル、主要国の平均コストおよびグローバル ($/KW)、2010年～2018年（出典: GlobalData）

競争力を維持するために、太陽光発電および電力システムメーカーは常に新しい技術を探しています。電力変換効率、インバータの重量／サイズ、そして材料コストはすべて設計で考慮すべき要素です。太陽光コンバータの電力と電圧レベルは用途によって異なります。住宅用アプリケーションは主に10kW未満であり、商業用は一般的に10kWから70kWの範囲です。大規模な発電所は70kWを超えます。現在でも多くの発電所は最大1000Vの母線電圧を使用していますが、最近開発された大規模な太陽光発電所では、PV電圧を1000Vから1500Vに増やし始めています。高い電圧は半導体や銅の損失を減らし、さらに電力システムの効率を向上させます。1500Vの母線電圧の場合、3レベルブーストおよびインバータのトポロジーは1200Vスイッチングデバイスを使用する唯一の有効な解決策となります。

SiCダイオードはPVブーストコンバータ設計で広く使用されており、SiC MOSFETは多くの高性能インバータの開発に使用されています。以下は、PVインバータ設計で使用される2つのトポロジー例です。

tO-247 SiC MOSFETソリューションを採用した60kWインバータ

tO-247 SiC MOSFETとIV1E SiCモジュールソリューションを使用した1500V 150kWインバータ IVCTは、SiCダイオードとMOSFETの性能を示すために20kWのインターリーブブーストコンバータを開発しました。このコンバータには、4つの80mOhm 1200V IV1Q12080T4 MOSFETと4つの10A 1200V IV1D12010T3ダイオードが使用されています。65kHzで、入力600V、出力800Vの場合、コンバータは99.4%の効率を達成します。MOSFETはSiC MOSFETドライバIVCR1401によって駆動されます。以下の波形は、クリーンなVdsの上昇および下降エッジを示しています。