在zai使shi用yong的de各ge種zhong形xing式shi的de可ke再zai生sheng能neng源yuan中zhong

，太tai陽yang能neng和he風feng能neng已yi成cheng為wei最zui常chang使shi用yong的de能neng源yuan
，並bing負fu責ze產chan生sheng大da多duo數shu清qing潔jie可ke再zai生sheng能neng源yuan。在zai這zhe兩liang種zhong技ji術shu中zhong，太tai陽yang能neng正zheng在zai成cheng為wei主zhu導dao技ji術shu

，其qi發fa電dian量liang幾ji乎hu是shi風feng力li發fa電dian的de兩liang倍bei。實shi際ji上shang，2017年部署的太陽能發電量大於同期基於化石燃料的發電總量，這是全球轉向清潔可再生能源的重要裏程碑。

 

太陽能發電的發展有巨大的市場機會，因為它目前僅占全球總發電量的12％（相當於500 GW）。yataidiqudechannenglingxian
，zhanquanqiuyibanyishang，qizhongyizhanquanqiutaiyangnengbushuliangsanfenzhiyidezhongguoweizhu。ouzhoumuqianzhanquanqiuchannengdesifenzhiyiyishang，ermeiguoyuezhanquanqiuchannengdeliufenzhiyi。

 

太陽能的快速增長（有人估計其複合年增長率（CAGR）約為30％）是由三個主要因素驅動：對更大功率持續強烈的需求、jishujinbuyijizhengfufaguihechangyi。guangfumianbanzhengzaibuduangaijin，yigenggaoxiaodijiangyangguangzhuanhuaweidianneng，hecongjiaoxiaodebiaomianjichanshenggengduodedianneng，congershizhuzhaisheshigengyouxiao。

 

各國政府正在製定政策刺激太陽能增長，如中國聲明到2020年清潔能源必須滿足其20％的能源需求。歐盟進一步實施其“20-20-20”目標：到2020年，能效將提高20％
，二氧化碳排放量降低20％，可再生能源將產生20％的能量。

 

太陽能發電技術

 

光伏麵板產生直流電壓


，當與DC-DC充電器一起使用時，可用於“離網”電dian源yuan，對dui存cun儲chu能neng量liang的de電dian池chi組zu進jin行xing充chong電dian，以yi備bei後hou用yong。但dan是shi
，大da多duo數shu設she備bei都dou需xu要yao市shi電dian電dian壓ya下xia的de交jiao流liu電dian源yuan，因yin此ci，在zai許xu多duo係xi統tong中zhong，從cong光guang伏fu麵mian板ban電dian壓ya生sheng成cheng交jiao流liu電dian壓ya的de逆ni變bian器qi至zhi關guan重zhong要yao。這zhe種zhong方fang法fa被bei稱cheng為wei“並網”
，因為交流電可以連接回主電網，從而為房主提供機會向發電公司出售電力以抵消賬單。

 

圖1：典型的太陽能發電逆變係統框圖

 

逆變器尺寸方麵
，趨勢是從超過100 kW的高功率中央逆變器轉向每台能夠提供高達100 kW功率的多串逆變器。這些係統的核心是DC - DC升壓轉換器和DC - AC逆變器
，從光伏麵板獲得的DC電壓生成AC電源電壓（和頻率）。除此以外，還有一係列精密的監測
、控製和保護電路
，以確保係統安全高效地運行。

 

能效是任何太陽能光伏係統的關鍵目標之一，以至能量不會浪費
，並且盡可能少地產生不需要的熱量。係統的能效越高
，在散熱器、風扇和其他硬件方麵所需的冷卻就越少
，從而減小了係統的大小、重量和成本。

 

寬禁帶技術對未來的太陽能發電係統至關重要

 

可以說
，電源轉換器最重要的元件開關器件如MOSFET、IGBT和he二er極ji管guan，通tong常chang由you矽gui製zhi成cheng。由you於yu這zhe些xie器qi件jian對dui太tai陽yang能neng發fa電dian係xi統tong的de能neng效xiao至zhi關guan重zhong要yao，因yin此ci
，領ling先xian的de半ban導dao體ti公gong司si如ru安an森sen美mei半ban導dao體ti已yi大da量liang投tou資zi
，以yi不bu斷duan提ti高gao性xing能neng。然ran而er，該gai行xing業ye已yi到dao了le采cai用yong矽gui器qi件jian幾ji乎hu不bu可ke能neng進jin一yi步bu改gai進jin的de程cheng度du。因yin此ci
，基ji於yu寬kuan禁jin帶dai（WBG）材料的開關器件，包括氮化镓（GaN）和碳化矽（SiC）
，被視為是提供未來太陽能發電係統所需性能的關鍵。

 

SiC開關器件有時被稱為“解決所有電源工程師問題的方案”，在一些關鍵領域提供增強的性能。在靜態應用中，它們在完全接通時固有的更低電阻可降低損耗
，因此在運行期間產生的熱量更少。

 

在zai現xian代dai開kai關guan電dian源yuan應ying用yong中zhong，工gong程cheng師shi的de目mu標biao是shi提ti高gao開kai關guan頻pin率lv，從cong而er能neng夠gou減jian小xiao電dian感gan器qi和he變bian壓ya器qi等deng磁ci性xing器qi件jian的de尺chi寸cun。這zhe種zhong方fang法fa減jian少shao了le許xu多duo逆ni變bian器qi設she計ji中zhong接jie通tong時shi出chu現xian的de浪lang湧yong電dian流liu。采cai用yong基ji於yu矽gui的deMOSFET，每個開關周期所需的門極電荷（Qg）量相對較大

，因此，隨著頻率的增加
，動態損耗也隨之增加。

 

使用SiC器件時，動態開關損耗要小得多，因而能使用更高的開關頻率，同時仍能提高性能（並減小尺寸）。相比之下
，典型的SiC二極管以80kHz工作時
，其損耗要比矽二極管小73％。在大功率太陽能發電係統中，提高約3％的能效將帶來顯著的性能提升。

 

人們仍然認為SiCfanganhengui。danshishibingfeiruci，jinguanzhexieqijianyizaishichangshangxiaoshouleyiduanshijian，dancaiyonglvyizhidiyuyuqi，yinweiguanzhudianzaidangeqijiandechengbenerbushizhenggexitongdechengbenhuozongyongyouchengben。 

 

如果我們考慮使用矽基30 kW電源方案，則電感器和電容器的成本為90％（分別為60％和30％）。半導體器件僅占總物料單（BOM）成本的10％。盡管單個SiC器件的成本要比對應的矽器件高

，但使用SiC開關可使電容和電感值降低75％

，顯著降低了成本
，從而抵消了開關器件的成本增加。因此
，SiC方案用於太陽能發電係統的BOM總成本已達到可以低於矽方案的水平，並具有顯著的應用和性能優勢。

 

現代SiC WBG方案

 

領先半導體製造商包括安森美半導體提供一係列全麵的高能效電源方案
，其中包括可提升太陽能發電係統性能的先進SiC基器件。先進的門極驅動器經過專門優化
，可與SiC MOSFET一起使用
，並提供允許的最大門極電壓，以確保它們完全導通以最小化損耗。

 

SiC MOSFET如安森美半導體的NVHL080N120SC1具有僅80 mOhm的導通電阻（RDS（ON））和低門極電荷（QG）及電容值，降低電磁幹擾（EMI）並支持使用更快的開關頻率
，從而帶來上述好處。SiC肖特基二極管如1200V、30A FFSH30120A沒有反向恢複電流和與溫度無關的開關特性，非常適用於先進的太陽能發電應用。

 

總結

 

太陽能正成為未來的重要能源

，因為它提供了環保、可持續發展的方案。價格下降
、政府政策和減少二氧化碳排放的需要共同使該領域強勁增長。

 

能效在這裏至關重要，是設計和製造小的
、高度可靠的係統的關鍵所在，而基於矽的方案已達其發展潛力的極限，現正被WBG技術超越。基於SiC的器件損耗要低得多，並且可以在更高的溫度和更快的工作頻率下運行，從而極大地減小了占BOM主要成本的電感和電容器的尺寸和成本。因此，這些高效且可靠的係統能夠以低於上一代矽基產品的價格水平進行設計。

 

 

推薦閱讀：