宽禁带技术促成未来的太阳能发电方案

太阳能发电本质上是直流（DC）技术，需要逆变器（DC-AC）来发电。一旦有了交流电（AC），所有的主要设备都可使用这电能，即使是小型设备如家居设备也可连接到电网，从而实现电力共享。

图1：典型太阳能发电逆变器系统框图

在太阳能发电的早期，逆变器往往是集中的，能力超过100 kW。但最近这趋势已改变，因为运营商更倾向使用低于100 kW的逆变器串。在所有情况下，该架构都类似于一个DC -DC升压转换器，用于增加光伏电池板的电压，以及一个DC - AC逆变器，以本地电网的恰当频率（50 Hz / 60 Hz）产生交流电压。该系统配有保护电路和精密的监视/控制，确保在任何时候都达到最佳能效。

即使太阳能是无尽的，但能效仍是太阳能系统的关键考虑因素。任何低效的系统都会产生不想要的热量，必须将其从系统中移除。这必然涉及热管理措施，包括散热器和/或风扇，这每一个都会增加系统的尺寸、复杂性、重量和成本。

虽然选择的逆变器拓扑结构会影响能效，但主要的半导体开关器件（MOSFET、IGBT和二极管）对于实现现代太阳能发电应用所需的能效绝对至关重要。自发明了半导体器件以来，硅（Si）一直是主要使用的材料，通过多年的不断创新，该技术已达到了几乎不可能进一步提升的地步。

因此，主要的半导体制造商如安森美半导体，一直在探索其他材料来构建未来的开关器件。所谓宽带隙（WBG）材料，包括氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC），已成为关注的焦点，因为它们的性能非常适合开发高效的半导体器件。

WBG材料的固有电阻比基于Si的器件低，从而减少了连续导电时的静电损耗。另外，随着开关频率的提高，磁性元器件的尺寸减小，WBG技术进一步提高了能效，因为门极电荷比硅减少，动态损耗也降低。

图2：宽禁带优势

如果有因素减缓了WBG的采用，那么从过去而言这因素就是成本。但是，粗略的分析将使工程师得出错误的结论，因为半导体器件通常仅占电力系统成本的10％，而电感器和电容器约占90％。由于SiC器件增强的性能，可使电容器和电感器的值降低约75％，从而极大地降低了成本和尺寸。

图3：当以80kHz工作时，典型的SiC二极管的损耗比硅二极管小73％

如果考虑到无源元器件的节省，尽管SiC器件的成本较高，但基于WBG的电源方案的总成本现在相当于或略低于Si基方案。

安森美半导体提供大量SiC MOSFET产品组合，包括900V如NTHL020N090SC1和1200V如NTHL040N120SC1，导通电阻（RDS(ON)）仅40 mOhm，低门极电荷（QG）和电容值可降低电磁干扰(EMI)并允许使用更快的开关频率，提供了上述优势。SiC肖特基二极管如650V和1200V。 30A FFSH30120A就是个例子，它没有反向恢复，具有电流不受温度影响的开关特性，因此非常适用于先进的太阳能发电应用。

随着行业已达到这一关键的转折点，WBG器件将真正成为太阳能发电的光明未来的促成者，有助于实现能效更高的地球，应对气候变化的影响。

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