کاربرد سیلیکون کاربید در صنعت فتوولتائیک

با افزایش تقاضای جهانی انرژی، انرژی های فسیلی، عمدتاً نفت، زغال سنگ و گاز طبیعی، در نهایت به پایان می رسد. علاوه بر این، انرژی های فسیلی نیز در حین استفاده باعث آلودگی زیست محیطی جدی خواهد شد. برای رفع مشکلات فوق، انرژی های تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی، انرژی بادی، برق آبی و انرژی هسته ای توجه مردم را به خود جلب کرده است.

راه اصلی استفاده از انرژی خورشیدی تولید برق فتوولتائیک است. در مقایسه با سایر فناوری‌های تولید برق، تولید برق فتوولتائیک دارای مزایای سبز و سازگار با محیط‌زیست، داشتن منابع انرژی خورشیدی کافی، ایمن و قابل اعتماد بودن در فرآیند تولید برق و نصب و حمل آسان تجهیزات تولید برق است. پیش‌بینی می‌شود که ارتقای تولید برق فتوولتائیک در مقیاس بزرگ تأثیر مثبتی بر مدیریت بحران‌های انرژی و زیست‌محیطی داشته باشد.

بر اساس اصل تولید برق فتوولتائیک، هنگامی که نور خورشید به اجزای فتوولتائیک (مانند صفحات خورشیدی) می تابد، فوتون ها با الکترون های مواد فتوولتائیک برهم کنش می کنند و باعث می شوند که الکترون ها از مواد فرار کنند و جریان نوری را تشکیل دهند که جریان مستقیم است. از آنجایی که بیشتر تجهیزات الکتریکی توسط AC تغذیه می شوند، جریان مستقیم تولید شده توسط آرایه فتوولتائیک نمی تواند به طور مستقیم مورد استفاده قرار گیرد و برای دستیابی به تولید برق متصل به شبکه فتوولتائیک، لازم است جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل کرد.

دستگاه کلیدی برای دستیابی به هدف فوق اینورتر است، بنابراین اینورتر متصل به شبکه فتوولتائیک هسته فناوری تولید برق فتوولتائیک است و راندمان کاری اینورتر تا حد زیادی بازده استفاده از انرژی خورشیدی را تعیین می کند.

دستگاه های برق اجزای اصلی اینورترهای متصل به شبکه فتوولتائیک هستند. امروزه دستگاه های نیمه هادی مختلفی که در صنعت برق مورد استفاده قرار می گیرند، بیشتر بر پایه مواد سیلیکونی (Si) ساخته شده اند و کاملاً توسعه یافته اند. Si یک ماده نیمه هادی است که به طور گسترده در لوله های الکترونیکی مختلف و مدارهای مجتمع استفاده می شود. همانطور که استفاده از دستگاه های نیمه هادی قدرت به طور فزاینده ای متنوع می شود، استفاده از دستگاه های سیلیکونی در برخی از برنامه های کاربردی با الزامات عملکرد بالا و محیط های کاری سخت محدود شده است. این امر مستلزم توسعه دستگاه های نیمه هادی با عملکرد بهتر است. در نتیجه، دستگاه های نیمه هادی با فاصله باند گسترده مانند کاربید سیلیکون (SiC) به وجود آمدند.

در مقایسه با دستگاه های مبتنی بر سیلیکون، دستگاه های کاربید سیلیکون یک سری خواص عالی قابل توجه را نشان می دهند:

(1) قدرت میدان الکتریکی شکست بالا: قدرت میدان الکتریکی شکست SiC حدود 10 برابر Si است، که باعث می‌شود دستگاه‌های SiC ولتاژ مسدودکننده بالاتری داشته باشند و می‌توانند در شرایط میدان الکتریکی بالاتر کار کنند، که به بهبود چگالی توان کمک می‌کند.

(2) گپ پهن: SiC دارای غلظت حامل ذاتی کمتری در دمای اتاق است که منجر به کاهش مقاومت در برابر روشن شدن در حالت روشن می شود.

(3) سرعت رانش اشباع بالا: SiC دارای سرعت رانش اشباع الکترون بالاتری است، که به آن کمک می کند در طول فرآیند سوئیچینگ سریعتر به حالت ثابت برسد و از دست دادن انرژی در طول فرآیند سوئیچینگ کاهش می یابد.

(4) هدایت حرارتی بالا: SiC دارای رسانایی حرارتی بالاتری است که به طور قابل توجهی چگالی توان را بهبود می بخشد، طراحی سیستم اتلاف حرارت را ساده تر می کند و به طور موثر عمر دستگاه را افزایش می دهد.

به طور خلاصه، دستگاه های قدرت کاربید سیلیکون ویژگی های بازیابی معکوس پایین و سوئیچینگ سریع مورد نیاز را برای دستیابی به “بازده تبدیل بالا” و “مصرف انرژی کم” اینورترهای فتوولتائیک ارائه می دهند که برای بهبود چگالی توان اینورترهای فتوولتائیک و کاهش بیشتر هزینه بسیار مهم است. در هر کیلووات ساعت