Large bande passante donnant un avenir brillant à l'énergie solaire

Il est clair que les énergies renouvelables seront un élément important de notre avenir. Elle permettra non seulement de répondre à notre demande croissante d'énergie électrique pour alimenter les nouvelles technologies telles que les véhicules électriques, mais aussi de protéger l'environnement et de réduire notre dépendance à l'égard des combustibles fossiles, ce qui pourrait entraîner la pollution et l'énergie nucléaire.

Parmi les diverses sources d'énergie renouvelables utilisées, l'énergie solaire et éolienne est devenue l'énergie la plus couramment utilisée et est responsable de la production des énergies renouvelables les plus propres. Parmi ces deux technologies, l'énergie solaire est en train de devenir la technologie dominante, produisant presque deux fois plus d'énergie que l'énergie éolienne. En effet, le déploiement de l’énergie solaire en 2017 est supérieur à la production totale d’électricité à partir de combustibles fossiles au cours de la même période, ce qui constitue une étape importante dans le passage mondial à des sources d’énergie propres et renouvelables.

Le développement de l'énergie solaire offre d'énormes possibilités de marché, car elle ne représente actuellement que 12% du monde & # 39; S production totale d'électricité (équivalent à 500 GW). Asie - Pacifique & # 39; La capacité de production de la Chine est en tête, avec plus de la moitié du monde, et la Chine représente un tiers du déploiement mondial de l'énergie solaire. L'Europe représente actuellement plus d'un quart de la capacité mondiale, tandis que les États - Unis représentent environ un sixième de la capacité mondiale.

La croissance rapide de l'énergie solaire (dont le tcac est estimé à environ 30%) est due à trois facteurs principaux: la forte demande soutenue d'électricité supplémentaire, les progrès technologiques et la réglementation et les initiatives gouvernementales. Les panneaux photovoltaïques sont continuellement améliorés afin de convertir plus efficacement la lumière du soleil en électricité et de produire plus d'électricité à partir de petites surfaces, ce qui rend les installations résidentielles plus efficaces.

Les gouvernements élaborent des politiques pour stimuler la croissance de l'énergie solaire. La Chine, par exemple, a annoncé que d'ici 2020, l'énergie propre devra répondre à 20% de ses besoins énergétiques. L'UE poursuit la mise en œuvre des objectifs 20 - 20 - 20: d'ici 2020, l'efficacité énergétique sera améliorée de 20%, les émissions de CO2 seront réduites de 20% et les énergies renouvelables généreront 20% de l'énergie.

Technologie de l'énergie solaire

Les panneaux photovoltaïques génèrent une tension en courant continu qui, lorsqu'ils sont utilisés avec un chargeur DC - DC, peuvent être utilisés pour l'alimentation « hors réseau» qui charge les batteries qui stockent l'énergie pour une utilisation future. Cependant, la plupart des appareils ont besoin d'une alimentation en courant alternatif à la tension d'alimentation, de sorte que dans de nombreux systèmes, l'onduleur qui génère la tension en courant alternatif à partir de la tension du panneau photovoltaïque est essentiel. Cette approche est connue sous le nom de « branchement au réseau » parce que l'alimentation en courant alternatif peut être raccordée au réseau principal, ce qui donne au propriétaire la possibilité de vendre de l'électricité à la compagnie d'électricité pour compenser la facture.

En ce qui concerne la taille de l'onduleur, la tendance est de passer d'un onduleur central de haute puissance de plus de 100 kW à un onduleur Multi - chaînes capable de fournir jusqu'à 100 kW. Au cœur de ces systèmes se trouvent les convertisseurs d'appoint DC - DC et les onduleurs DC - AC, où la tension en courant continu obtenue à partir des panneaux photovoltaïques génère la tension (et la fréquence) d'alimentation en courant alternatif. En outre, il existe une série de circuits sophistiqués de surveillance, de contrôle et de protection pour assurer un fonctionnement sûr et efficace du système.

L'efficacité énergétique est l'un des objectifs clés de tout système photovoltaïque solaire, de sorte que l'énergie ne soit pas gaspillée et que le surplus de chaleur soit réduit au minimum. Plus le système est efficace sur le plan énergétique, moins il faut refroidir les radiateurs, les ventilateurs et tout autre matériel, ce qui réduit la taille, le poids et le coût du système.

La technologie à large bande GAP est essentielle pour les futurs systèmes solaires

On peut dire que les composants les plus importants des convertisseurs de puissance, tels que MOSFET, IGBT et diodes, sont généralement en silicium. Étant donné que ces appareils sont essentiels à l'efficacité énergétique des systèmes d'énergie solaire, les principales entreprises de semi - conducteurs, comme on Semiconductor, ont investi massivement dans l'amélioration continue des performances. Toutefois, l'industrie a atteint un point où il est presque impossible d'améliorer les dispositifs au silicium. Par conséquent, les dispositifs de commutation basés sur des matériaux à large bande Gap (WBG), y compris le Nitrure de gallium (Gan) et le carbure de silicium (sic), sont considérés comme essentiels pour fournir les performances requises pour les futurs systèmes solaires.

   Centrale photovoltaïque

Les appareillages de commutation SiC sont parfois appelés « solutions à tous les problèmes des ingénieurs en alimentation électrique » et offrent des performances améliorées dans un certain nombre de domaines clés. Dans les applications statiques, la faible résistance inhérente à l'ouverture complète réduit les pertes et, par conséquent, produit moins de chaleur pendant le fonctionnement.

Dans les applications modernes d'alimentation électrique de commutation, ingénieur # 39; L'objectif de s est d'augmenter la fréquence de commutation, ce qui réduit la taille des dispositifs magnétiques tels que les inducteurs et les transformateurs. Dans de nombreuses conceptions d'onduleurs, cette méthode peut réduire le courant d'entrée pendant la fermeture. Pour les MOSFETs à base de silicium, la charge de porte (QG) requise pour chaque cycle de commutation est relativement élevée, de sorte que la perte dynamique augmente avec l'augmentation de la fréquence.

Lorsque des dispositifs SiC sont utilisés, la perte de commutation dynamique est beaucoup plus faible, de sorte que des fréquences de commutation plus élevées peuvent être utilisées tout en améliorant les performances (et en réduisant la taille). En revanche, lorsque la diode SiC typique fonctionne à 80 kHz, sa perte est inférieure de 73% à celle de la diode si. Dans les systèmes de production d'énergie solaire de grande puissance, une amélioration de l'efficacité énergétique d'environ 3% se traduira par une amélioration significative des performances.

Semi - conducteurs

Le programme SiC est toujours considéré comme coûteux. Mais ce n'est pas le cas. Bien que ces appareils soient sur le marché depuis un certain temps, le taux d'adoption est inférieur aux prévisions, car l'accent est mis sur le coût d'un seul appareil plutôt que sur le coût de l'ensemble du système ou du TCO.

Si nous considérons une solution de 30 kW basée sur le silicium, le coût des inducteurs et des condensateurs est de 90% (60% et 30% respectivement). Les dispositifs à semi - conducteurs ne représentent que 10% du coût total de la facture des matériaux (BOM). Bien que le coût d'un seul dispositif SiC soit plus élevé que celui d'un dispositif si correspondant, l'utilisation d'un commutateur SiC peut réduire de 75% les valeurs de capacité et d'inductance, ce qui réduit considérablement les coûts, compensant ainsi l'augmentation du coût du dispositif de commutation. Par conséquent, le coût total de la Bom du système de production d'énergie solaire SIC a atteint un niveau inférieur à celui du système de production de silicium et présente des avantages significatifs en matière d'application et de performance.

Résumé

L'énergie solaire devient une source d'énergie importante pour l'avenir, car elle offre des solutions respectueuses de l'environnement et durables. La baisse des prix, les politiques gouvernementales et la nécessité de réduire les émissions de CO2 ont contribué à une forte croissance dans ce secteur.

L'efficacité énergétique est essentielle ici et est essentielle à la conception et à la fabrication de petits systèmes très fiables. Les solutions basées sur le silicium ont atteint les limites de leur potentiel de développement et sont actuellement dépassées par la technologie WBG. Les dispositifs à base de SiC ont une perte plus faible et peuvent fonctionner à des températures plus élevées et à des fréquences de fonctionnement plus rapides, ce qui réduit considérablement la taille et le coût des inducteurs et des condensateurs, qui sont les principaux coûts de la Bom. Par conséquent, ces systèmes efficaces et fiables sont conçus à un prix inférieur à celui des produits à base de silicium de la génération précédente.