Il carburo di silicio sta cambiando il gioco dell'energia solare

15 ore fa p Gary Elinoff Nel 2013, Lux Research ha pubblicato un rapporto in cui si stima che il mercato dei dispositivi discreti di inverter solari salirà a $ 1,4 miliardi nel 2020. In che modo questa stima è stata ampliata con un crescente interesse per il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN) per le energie rinnovabili applicazioni, in particolare l'energia solare? Il governo degli Stati Uniti ha un dipartimento dedicato esclusivamente alla ricerca e allo sviluppo di SiC in dispositivi come gli inverter, che trasferisce energia dai raggi fotovoltaici (FV) a una rete elettrica, scambiatori di calore per concentrare l'energia solare e veicoli elettrici.
L'ufficio di tecnologie per l'energia solare (SETO) afferma di supportare progetti incentrati "sulla realizzazione di inverter e convertitori che durano più a lungo, funzionano in modo più efficiente e riducono i costi" mentre "altri stanno promuovendo l'integrazione della rete progettando dispositivi in ​​grado di connettersi con accumulo o carico di energia dispositivi di gestione, rilevare e rispondere a correnti anomale o ripristinare rapidamente l'alimentazione dopo un'interruzione. " Questi sforzi dipendono dalle elevate prestazioni del SiC. Gli inverter sono i punti centrali critici che collegano i pannelli solari alla rete elettrica.
Lo fanno convertendo la corrente continua raccolta dagli array solari nella corrente alternata utilizzata dalla maggior parte delle linee di trasmissione di energia. Questo è illustrato nell'immagine seguente. L'inverter che occupa la parte centro-destra dell'illustrazione è meglio servito attraverso l'impiego di semiconduttori al carburo di silicio (SiC).
Numerosi produttori di spicco stanno sfruttando SiC per dispositivi compatibili con le applicazioni di energia solare. Uno dei più recenti è ON Semiconductor, che offre una varietà di MOSFET SiC che gestiscono 900 V e 1200 V. In particolare, i due nuovi dispositivi sono in grado di gestire rispettivamente 118 A e 103 A.
I nuovi dispositivi sono dotati di gate gate (QG) a partire da 220 nC. La carica di gate è la quantità di carica in coulomb che la sorgente di commutazione deve inserire nel gate dell'unità per superare la sua capacità intrinseca e accenderla. Questo è un fattore importante.
La carica più elevata richiede più tempo per accumularsi, rallentando la velocità di commutazione accettabile. Spreca anche potere. ON Semiconductor ha spiegato che queste caratteristiche rendono le due nuove famiglie MOSFET SiC un'utile opzione per inverter di energia solare, caricabatterie EV di bordo, stazioni di ricarica EV, gruppi di continuità e alimentatori server.
Il mese scorso, Infineon ha anche annunciato nuovi MOSFET CoolSiC. Questi dispositivi a 650 V, che sono classificati da 27 mΩ a 107 mΩ, hanno dichiarato l'utilità in applicazioni di telecomunicazione, industriali, EV e energia solare, tra gli altri. UnitedSiC è un'altra società nota per i suoi dispositivi SiC.
Offre la famiglia UF3C di FET SiC da 650 V e 1200 V, che, come il MOSFET CoolSic da 650 V di Infineon, offre RDS (on) a partire da 27 mΩ. Questa è una proprietà importante perché rappresenta la quantità di resistenza esistente tra il drenaggio del dispositivo e la sorgente quando sta conducendo. Poiché la potenza è uguale a I2R e queste unità possono portare nell'intervallo di 85 A, ciò significherebbe, anche a 0.
027 Ω, le unità offrono 200 W di potenza. Per gli inverter di energia solare, il calore uccide! Pertanto, un RDS basso (acceso) è un fattore vitale che influenza la longevità dell'inverter. Diverse aziende e istituti di ricerca si stanno avvicinando al gomito nello sviluppo del SiC per lo sviluppo dell'energia solare.
Una di queste istituzioni include "Solar Team Twente", un team olandese di auto solari dell'Università di Twente e Saxion Hogeschool. Il Solar Team Twente ha optato per i summenzionati dispositivi SiC UF3C di UnitedSiC per la sua auto da corsa solare. Questo veicolo, alimentato solo a energia solare, ha partecipato a una competizione di 3000 km tenutasi in Australia.
Anup Bhalla, VP of Engineering di UnitedSiC ha commentato l'implementazione del proprio dispositivo nel veicolo a energia solare, spiegando che "FET SiC della serie FAST di UnitedSiC offrirà ai progettisti significativi vantaggi di sistema dalle maggiori frequenze di commutazione del dispositivo, come una maggiore efficienza e riduzione delle dimensioni e costo dei componenti passivi ". Ricercatori giapponesi dell'Università della Shiga Prefecture hanno condotto uno studio in cui hanno valutato l'efficacia dei dispositivi SiC in applicazioni inferiori a 200 watt. L'obiettivo. il gol? Per creare un sistema di generazione di energia fotovoltaica per dispositivi mobili.
I ricercatori hanno impiegato un circuito di tracciamento del punto di massima potenza (MPPT), che ha continuamente adattato le condizioni di carico in relazione alla forza del sole e all'energia così disponibile. Utilizzando quattro FET SCT3060AL SiC di ROHM Semiconductor, l'inverter del dispositivo è stato in grado di commutare a 200 kHz, consentendo una riduzione del volume e del peso di un totale del 35%. Non sorprende che i ricercatori abbiano concluso: "L'inverter basato su SiC ha mostrato un'efficienza di conversione della corrente alternata di picco (CC) di corrente continua (CA) superiore a quella degli inverter Si convenzionali.
" Lavori con sistemi di energia solare? Dove vedi il futuro di SiC o GaN in quel campo? Condividi la tua prospettiva nei commenti qui sotto.