太陽能發電本質上是直流（DC）技術
，需要逆變器（DC-AC）來發電。一旦有了交流電（AC），所有的主要設備都可使用這電能，即使是小型設備如家居設備也可連接到電網，從而實現電力共享。

 

圖1：典型太陽能發電逆變器係統框圖

 

在太陽能發電的早期，逆變器往往是集中的，能力超過100 kW。但最近這趨勢已改變，因為運營商更傾向使用低於100 kW的逆變器串。在所有情況下，該架構都類似於一個DC -DC升壓轉換器
，用於增加光伏電池板的電壓，以及一個DC - AC逆變器，以本地電網的恰當頻率（50 Hz / 60 Hz）產生交流電壓。該係統配有保護電路和精密的監視/控製，確保在任何時候都達到最佳能效。

 

即(ji)使(shi)太(tai)陽(yang)能(neng)是(shi)無(wu)盡(jin)的(de)，但(dan)能(neng)效(xiao)仍(reng)是(shi)太(tai)陽(yang)能(neng)係(xi)統(tong)的(de)關(guan)鍵(jian)考(kao)慮(lv)因(yin)素(su)。任(ren)何(he)低(di)效(xiao)的(de)係(xi)統(tong)都(dou)會(hui)產(chan)生(sheng)不(bu)想(xiang)要(yao)的(de)熱(re)量(liang)，必(bi)須(xu)將(jiang)其(qi)從(cong)係(xi)統(tong)中(zhong)移(yi)除(chu)。這(zhe)必(bi)然(ran)涉(she)及(ji)熱(re)管(guan)理(li)措(cuo)施(shi)，包(bao)括(kuo)散(san)熱(re)器(qi)和(he)/或風扇

，這每一個都會增加係統的尺寸、複雜性

、重量和成本。

 

雖然選擇的逆變器拓撲結構會影響能效，但主要的半導體開關器件（MOSFET、IGBT和二極管）對於實現現代太陽能發電應用所需的能效絕對至關重要。自發明了半導體器件以來，矽（Si）一直是主要使用的材料，通過多年的不斷創新
，該技術已達到了幾乎不可能進一步提升的地步。

 

因此
，主要的半導體製造商如安森美半導體，一直在探索其他材料來構建未來的開關器件。所謂寬帶隙（WBG）材料
，包括氮化镓（GaN）和碳化矽（SiC），已成為關注的焦點，因為它們的性能非常適合開發高效的半導體器件。

 

WBG材料的固有電阻比基於Si的器件低，從而減少了連續導電時的靜電損耗。另外，隨著開關頻率的提高，磁性元器件的尺寸減小，WBG技術進一步提高了能效，因為門極電荷比矽減少，動態損耗也降低。

 

圖2：寬禁帶優勢

 

如果有因素減緩了WBG的采用，那麼從過去而言這因素就是成本。但是，粗略的分析將使工程師得出錯誤的結論，因為半導體器件通常僅占電力係統成本的10％，而電感器和電容器約占90％。由於SiC器件增強的性能，可使電容器和電感器的值降低約75％
，從而極大地降低了成本和尺寸。

 

圖3：當以80kHz工作時，典型的SiC二極管的損耗比矽二極管小73％

 

如果考慮到無源元器件的節省，盡管SiC器件的成本較高，但基於WBG的電源方案的總成本現在相當於或略低於Si基方案。

 

安森美半導體提供大量SiC MOSFET產品組合
，包括900V如NTHL020N090SC1和1200V如NTHL040N120SC1，導通電阻（RDS(ON)）僅40 mOhm，低門極電荷（QG）和電容值可降低電磁幹擾(EMI)並允許使用更快的開關頻率，提供了上述優勢。SiC肖特基二極管如650V和1200V。 30A FFSH30120A就是個例子，它沒有反向恢複
，具有電流不受溫度影響的開關特性，因此非常適用於先進的太陽能發電應用。

 

隨著行業已達到這一關鍵的轉折點，WBG器件將真正成為太陽能發電的光明未來的促成者
，有助於實現能效更高的地球，應對氣候變化的影響。

 

 

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