功率半導(dǎo)體的應(yīng)用-太陽(yáng)能

太陽(yáng)能是將可再生能源從太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能，可以直接使用光伏發(fā)電（PV）、間接使用聚光太陽(yáng)能發(fā)電，也可以兩者結(jié)合。聚光太陽(yáng)能系統(tǒng)使用透鏡或鏡子以及太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)將大面積的陽(yáng)光聚焦成小光束，光伏電池利用光伏效應(yīng)將光轉(zhuǎn)換為電流。

無(wú)變壓器太陽(yáng)能逆變器的基本結(jié)構(gòu)，具有以下功能組：升壓轉(zhuǎn)換器和逆變器。

DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器

DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器有助于提高太陽(yáng)能系統(tǒng)的效率、可靠性和可持續(xù)性。它們使太陽(yáng)能系統(tǒng)更容易與電網(wǎng)連接，降低了能源損耗，并提供了更靈活的能源管理選項(xiàng)。

1. 太陽(yáng)能電池組件匹配：太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生直流（DC）電力，但輸出電壓可能會(huì)因多種因素而變化，如天氣條件和日照強(qiáng)度。DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器可用于將電池板輸出的低電壓升壓為所需的電網(wǎng)互連電壓，以確保太陽(yáng)能電池板的最佳工作狀態(tài)。

2. 最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）控制：MPPT是一種技術(shù)，通過(guò)監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能電池板的電流和電壓，以確保系統(tǒng)以最大效率捕獲太陽(yáng)能。DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器可在太陽(yáng)能逆變器中用于實(shí)施MPPT控制，以最大程度地提高能源利用率。

3. 網(wǎng)絡(luò)互連：太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電力需要與電網(wǎng)連接或存儲(chǔ)在電池中以供后續(xù)使用。DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器用于升壓電池的輸出電壓，以滿足電網(wǎng)互連的標(biāo)準(zhǔn)電壓要求。

4. 多電池系統(tǒng)：在大型太陽(yáng)能電力站和分布式能源系統(tǒng)中，通常需要連接多個(gè)太陽(yáng)能電池板或電池組件。DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器可以協(xié)調(diào)這些多個(gè)源，并確保它們以最佳效率工作。

5. 降低線路損耗：太陽(yáng)能電池板通常安裝在太陽(yáng)能陣列中，并可能與能源存儲(chǔ)系統(tǒng)之間距離較遠(yuǎn)。使用DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器可以降低電力輸送線路上的能量損耗，從而提高系統(tǒng)的整體效率。

6. 穩(wěn)定電壓和電流：太陽(yáng)能系統(tǒng)的性能受到環(huán)境條件的影響，如陰天或陰雨天。DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器有助于穩(wěn)定輸出電壓和電流，以確保系統(tǒng)在各種條件下都能正常運(yùn)行。

DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器有助于提高太陽(yáng)能系統(tǒng)的效率、可靠性和可持續(xù)性。它們使太陽(yáng)能系統(tǒng)更容易與電網(wǎng)連接，降低了能源損耗，并提供了更靈活的能源管理選項(xiàng)。

逆變器

逆變器在太陽(yáng)能應(yīng)用領(lǐng)域中用于將太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的直流（DC）電力轉(zhuǎn)換為可供家庭、工業(yè)和商業(yè)用途的交流（AC）電力。逆變器根據(jù)其設(shè)計(jì)和功能的不同，可以分為不同類型，每種類型適用于特定的應(yīng)用場(chǎng)景。

1. 弦式逆變器（String Inverter）：

- 應(yīng)用場(chǎng)景：弦式逆變器適用于典型的住宅和商業(yè)太陽(yáng)能系統(tǒng)。它們通常與一組太陽(yáng)能電池板串聯(lián)連接，將它們的輸出匯總到一個(gè)逆變器上。這種配置適用于相對(duì)均勻的光照條件，如屋頂安裝或小型商業(yè)太陽(yáng)能系統(tǒng)。

2. 微逆變器（Micro Inverter）：

- 應(yīng)用場(chǎng)景：微逆變器適用于那些需要最大化每個(gè)太陽(yáng)能電池板性能的場(chǎng)景。每個(gè)太陽(yáng)能電池板都配備一個(gè)微逆變器，將其直流輸出轉(zhuǎn)換為交流。這有助于降低系統(tǒng)中各個(gè)電池板之間的不均勻性，并使系統(tǒng)更適應(yīng)變化多端的光照條件，如陰影覆蓋或不均勻傾斜。

3. 多電池級(jí)逆變器（Multi-String Inverter）：

- 應(yīng)用場(chǎng)景：多電池級(jí)逆變器適用于中等規(guī)模商業(yè)太陽(yáng)能系統(tǒng)或農(nóng)村電力系統(tǒng)。它們具有多個(gè)輸入通道，可以連接多個(gè)太陽(yáng)能電池板組，并具有更高的電力處理能力。這使它們適合在系統(tǒng)規(guī)模較大或太陽(yáng)能電池板數(shù)量眾多的情況下使用。

4. 集中式逆變器（Central Inverter）：

- 應(yīng)用場(chǎng)景：集中式逆變器通常用于大型太陽(yáng)能電站或工業(yè)規(guī)模太陽(yáng)能系統(tǒng)。它們能夠處理大量太陽(yáng)能電池板的輸出，將它們集中到一個(gè)中央逆變器中。這種配置降低了硬件和維護(hù)成本，適用于大規(guī)模能源產(chǎn)生。

5. 混合逆變器（Hybrid Inverter）：

- 應(yīng)用場(chǎng)景：混合逆變器適用于聯(lián)網(wǎng)與脫網(wǎng)應(yīng)用，例如家庭能源存儲(chǔ)系統(tǒng)。它們不僅可以將太陽(yáng)能電池板的電力轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)供電，還可以將多余的電力存儲(chǔ)在電池中，以供晚上或陰雨天使用。這有助于提高自給自足能源系統(tǒng)的可靠性。

6. 追蹤逆變器（Tracking Inverter）：

- 應(yīng)用場(chǎng)景：追蹤逆變器用于系統(tǒng)具有多個(gè)太陽(yáng)能電池板陣列的應(yīng)用，可以根據(jù)太陽(yáng)的位置動(dòng)態(tài)調(diào)整每個(gè)陣列的輸出以最大化能源產(chǎn)生。這種逆變器適用于要求高效率和精確跟蹤的太陽(yáng)能系統(tǒng)。

太陽(yáng)能中使用的功率半導(dǎo)體

太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中使用的功率半導(dǎo)體作用于轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)和控制太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電力。主要的功率半導(dǎo)體有這些：

1. 絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistors, IGBTs）：

IGBTs通常用于大型太陽(yáng)能逆變器，它們能夠處理高功率應(yīng)用，如工業(yè)太陽(yáng)能系統(tǒng)。它們還用于控制電流流向和保護(hù)系統(tǒng)免受過(guò)載和短路的影響。IGBTs結(jié)合了普通雙極型晶體管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管的優(yōu)點(diǎn)，提供高性能和高電壓承受能力，適用于高功率應(yīng)用。

2. 場(chǎng)效應(yīng)晶體管（Field-Effect Transistors, FETs）：

FETs在太陽(yáng)能系統(tǒng)中用于開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)電流，例如，在充電控制和逆變器拓?fù)渲?。它們也用于最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）控制。FETs具有低導(dǎo)通電阻和高開(kāi)關(guān)速度，使它們成為高效能源轉(zhuǎn)換的理想選擇，減少能源損耗。

3. 整流二極管（Rectifier Diodes）：

整流二極管用于太陽(yáng)能逆變器和充電控制器中，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，或?qū)⑻?yáng)能電池板輸出的直流電傳輸?shù)诫姵刂?。整流二極管具有低壓降和快速反應(yīng)時(shí)間，有助于減少功率損耗和提高電路效率。

在大多數(shù)情況下，逆變器使用基于硅技術(shù)的功率半導(dǎo)體，例如 MOSFET 和 IGBT，但優(yōu)化效率和提高功率密度的需要需要提高逆變器開(kāi)關(guān)頻率。這反過(guò)來(lái)又要求功率開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)低開(kāi)關(guān)損耗——這是硅功率開(kāi)關(guān)的一個(gè)主要問(wèn)題。GaN 在高開(kāi)關(guān)頻率下實(shí)現(xiàn)超低開(kāi)關(guān)損耗，因此是系統(tǒng)效率和功率密度的絕佳選擇，正因如此GaN正在獲得新關(guān)注。這體現(xiàn)出功率半導(dǎo)體在太陽(yáng)能領(lǐng)域中的應(yīng)用也在快速地發(fā)展中。