Toepassingen

Zonnenergie is de schoonste en meest overvloedige hernieuwbare energiebron die beschikbaar is. Zonnecellen of -paneeltjes (PV) zijn de apparaten die zonnenergie omzetten in elektriciteit. Intensieve ontwikkeling en grote schaal productie van zonnepanelen is gestart sinds het begin van dit nieuwe millennium. De wereldwijde capaciteit van zonne- PV was 494,3GW in 2018 en wordt verwacht te groeien met meer dan 1 TW tussen 2019 en 2030 (Bron: GlobalData Power Database). De meeste toevoegingen aan capaciteit tijdens deze periode komen voornamelijk uit China, India en andere landen in de Aziatisch-Stilleoceans regio. Met de snelle groei van de geïnstalleerde capaciteit en technologische vooruitgang neemt de gemiddelde hoofdkosten van het opzetten van zonne-PV aanzienlijk af, maar verschilt nog steeds breed van land tot land. De dalende productiekosten en overheidsprogramma's resulteren in een verlaagde gemiddelde systeemprijs van zonne-PV. De wereldwijde gemiddelde hoofdkosten van zonne-PV-installaties bedroeg $4.162/kilowatt (KW) in 2010, daalde naar $1.240/kW in 2018, en wordt geschat verder te dalen op basis van kostenramingen in verschillende landen en bereiken $997 tegen 2030. De figuur hieronder toont de trend van de gemiddelde systeemprijs van wereldwijde zonne-PV en de top vijf zonne-PV landen tussen 2010 en 2018.

Zonnepanelenmarkt, wereldwijd, gemiddelde kosten van sleutelanden en wereldwijd ($/KW), 2010-2018 (Bron: GlobalData)

Om competitief te blijven zoeken zonnepanelen- en elektriciteitsysteemfabrikanten voortdurend naar nieuwe technologieën. Energieconversie-efficiëntie, gewicht/grootte van de omvormer en materiaalkosten zijn allemaal aspecten die een ontwerp moet meenemen. De vermogens- en spanningniveaus van zonnepanelenomvormers variëren afhankelijk van de toepassing. Woonwijktoepassingen zijn meestal onder de 10kW, terwijl commerciële toepassingen vaak tussen de 10kW en 70kW liggen. Centrale-omvangige elektriciteitscentrales zijn boven de 70kW. Momenteel gebruiken de meeste centrales nog steeds een maximale busspanning van 1000V, maar recent ontwikkelde grote zonneboerderijen hebben de PV-spanning verhoogd van 1000V naar 1500V. Een hogere spanning kan halvegeleider- en koperverliezen verminderen en de efficiëntie van het elektriciteitsysteem verder verbeteren. Voor een busspanning van 1500V worden 3-niveauboost- en omvormertopologieën de enige geldige oplossing met schakelapparatuur van 1200V.

SiC-diodes worden breed gebruikt in de ontwerp van PV boost converters, en SiC MOSFETs worden gebruikt in veel hoogwaardige inverterontwikkelingen. Hieronder staan twee topologievoorbeelden die worden gebruikt in PV-inverterontwerp.

60kW Inverter met TO-247 SiC MOSFET-oplossing

1500V 150kW Inverter met TO-247 SiC MOSFET en IV1E SiC-moduleoplossing. IVCT heeft een 20kW interleave boost converter ontwikkeld om de prestaties van SiC-diodes en MOSFETs te demonstreren. De converter maakt gebruik van vier 80mOhm 1200V IV1Q12080T4 MOSFETs en vier 10A 1200V IV1D12010T3 diodes. Bij 65kHz bereikt de converter een efficiëntie van 99,4% met een invoer van 600V en een uitvoer van 800V. De MOSFETs worden aangestuurd door de SiC MOSFET-stuurder IVCR1401. De grafieken hieronder tonen schone Vds stijgende en dalende randen.