SiC ile Güneş Enerjisi ve Yenilenebilir Enerji Güç Dönüşümünün Sağlanması
Rüzgar ve güneş enerjisi gibi, genellikle enerji depolamayla eşleştirilmiş temel yenilenebilir enerji çözümleri, endüstrideki en hızlı büyüyen sektörlerden biridir ve geniş bant aralıklı silikon karbür (SiC) teknolojisi, bu çözümlerin merkezinde yer almaktadır. Son sistem tasarımcıları, SiC güç yarı iletkenlerinin silikondan (Si) daha verimli, daha küçük ve uygun maliyetli çözümleri mümkün kıldığını tespit etmişlerdir. SiC bileşenleri önemli ölçüde daha güvenilirdir ve şebeke ölçeğindeki voltajların işlenmesinde üstün performans sağlar.
Yenilenebilir enerji sistemlerinde SiC ve Si cihazları
Wolfspeed, 30 yılı aşkın kapsamlı araştırmalarla SiC alanında çalışmaktadır ve verimlilik, güç yoğunluğu ve genel sistem maliyetine değer veren tüm güç uygulamaları için geniş bant aralıklı SiC cihazları portföyüne sahiptir.
Güneş enerjisi veya enerji depolama gibi yenilenebilir enerji sektöründeki donanım tasarımcıları, sonuçlar nedeniyle silisyum karbürden yararlandı. SiC, verimlilik kaybı olmadan yüksek frekanslı anahtarlamayı mümkün kılar; Basit bir ifadeyle, daha küçük devre manyetikleri ve aşırı sıcaklıkta daha düz direnç (RDS (açık)) anlamına gelir, bu da gerçek çalışma koşullarında daha düşük iletim kaybına yol açar. İster PV panelinden gücü artırmak isterse gücü şebekeye geri döndürmekle ilgili olsun, SiC, güç yoğunluğunu artırarak, sistemin boyutunu ve ağırlığını azaltarak ve sistem maliyetini dengeleyerek tasarımı mümkün kıldığı için açık bir seçimdir.
Wolfspeed SiC’in gerçek tasarım etkisi
Şu anda, SiC geleneksel olarak kullanılan silikondan daha verimli olduğunu kanıtlıyor. Güneş enerjisi sistemleri, bir dizi panel ve şebekeye bağlı evirici arasında maksimum güç noktası izleme (MPPT) uygular. MPPT, esas olarak, verimlilik ve güç yoğunluğunu bakımından sistem tasarımının performansı için kritik bir yükseltici devredir. Geçmiş tasarımlarda yükselticiler, 15–30 kHz anahtarlama frekansına ve ~% 97 verimliliğe sahip IGBT tabanlı olarak tasarlanmaktaydı.
Wolfspeed C3M MOSFET ve C4D diyotlarla aynı güçlendirici devrenin uygulanmasıyla, sistem düzeyinde verimlilik, genel MPPT boyutunda ve maliyetinde çarpıcı bir gelişme ile artık % 99,5 verimlilikle zirveye ulaşıyor (Şekil 2).
Wolfspeed SiC ile tasarım uygulaması basittir: SiC MOSFET’lerin anahtarlama frekansını artırın ve SiC yükseltici diyotlarının sıfıra yakın ters geri kazanım özelliklerini kullanın. Bu, yükseltici bobinlerin, kapasitelerin ve soğutma sistemlerinin boyutunu ve dolayısıyla maliyetini en aza indirirken devredeki kayıpları en aza indirgemeye yardımcı olur.
Performans karşılaştırmaları
Artan anahtarlama frekansı neden bu kadar etkili? Çünkü Wolfspeed SiC cihazlarıyla, sistemin genel verimliliği artırırken bir IGBT anahtarlama frekansının 3 ile 4 katı arasında çalışabilir.
Şekil 3, bir silikon IGBT ile Wolfspeed SiC MOSFET arasındaki cihaz anahtarlama frekansının yan yana karşılaştırmasını ve güçlendirici pasif elemanları ve soğutma tasarımı üzerindeki ilgili sistem seviyesindeki etkiyi göstermektedir. SiC MOSFET anahtarlama frekansı 60 kHz ve ötesine yükseldikçe, hantal ve yüksek maliyetli olan yükseltici bobinlerin, kapasitelerin ve soğutmanın minimize edildiği açıkça görülebilir.
Şekil 4'de artan anahtarlama frekansının yükseltici bobin değeri ve boyutu üzerindeki gerçek etkisi görülebilir. Yükseltme bobini boyutu, 16 kHz IGBT çözümünün yarısına düşürülebilir ve maliyetler yaklaşık% 40 oranında azaltılabilir.
Sonuç
Wolfspeed SiC şu anda çok çeşitli uygulamaları mümkün kılıyor çünkü SiC tabanlı çözümlerin geleneksel Si tabanlı çözümlere göre daha yüksek verimlilik, güç yoğunluğu ve sistem maliyet etkinliğine sahip olduğu kanıtlanmıştır. Tasarımcılar, verimlilik ve maliyetten ödün vermeden önemli güç yoğunluğu iyileştirmeleri elde etmek için devre manyetiklerinin ve diğer pasif ögelerin boyutunu ve maliyetini düşürmek için SiC MOSFET’lerin daha yüksek anahtarlama hızlarından ve daha düşük iletim kayıplarından yararlanabilir.
Not1: Yukarıda listelenen tüm sayılar yaklaşıktır ve uygulamaya bağlı olarak değişebilir.
Not2: Yukarıdaki makale https://www.powerelectronicsnews.com/enabling-solar-and-renewable-energy-power-conversion-with-sic/ web sitesindeki orjinal makalenin çevirisidir.
