Fotovoltaik Endüstrisinde Silisyum Karbürün Uygulamaları
Artan küresel enerji talebiyle birlikte, fosil enerji, özellikle petrol, kömür ve doğal gaz, sonunda tükenecektir. Ayrıca, fosil enerji kullanımı sırasında ciddi çevre kirliliğine de neden olacaktır. Yukarıdaki sorunları çözmek için güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, hidroelektrik ve nükleer enerji gibi yenilenebilir enerjiler insanların dikkatini çekmiştir.
Güneş enerjisinden yararlanmanın temel yolu fotovoltaik güç üretimidir. Diğer güç üretim teknolojileriyle karşılaştırıldığında, fotovoltaik güç üretiminin yeşil ve çevre dostu olması, yeterli güneş enerjisi kaynağına sahip olması, güç üretim sürecinde güvenli ve güvenilir olması ve güç üretim ekipmanlarının kurulumunun ve taşınmasının kolay olması gibi avantajları vardır. Fotovoltaik güç üretiminin büyük ölçekli tanıtımının enerji ve çevre krizlerinin yönetimi üzerinde olumlu bir etkiye sahip olacağı öngörülebilir.
Fotovoltaik güç üretimi ilkesine göre, güneş ışığı fotovoltaik bileşenlere (güneş panelleri gibi) vurduğunda, fotonlar fotovoltaik malzemelerdeki elektronlarla etkileşime girerek elektronların malzemelerden kaçmasına ve doğru akım olan fotoakımı oluşturmasına neden olur. Çoğu elektrikli ekipman AC ile çalıştırıldığından, fotovoltaik dizi tarafından üretilen doğru akım doğrudan kullanılamaz ve fotovoltaik şebekeye bağlı güç üretimi elde etmek için doğru akımı alternatif akıma dönüştürmek gerekir.
Yukarıdaki amaca ulaşmak için anahtar cihaz invertördür, bu nedenle fotovoltaik şebekeye bağlı invertör, fotovoltaik güç üretim teknolojisinin çekirdeğidir ve invertörün çalışma verimliliği büyük ölçüde güneş enerjisinin kullanım verimliliğini belirler.
Güç cihazları, fotovoltaik şebekeye bağlı invertörlerin temel bileşenleridir. Günümüzde, elektrik endüstrisinde kullanılan çeşitli yarı iletken cihazlar çoğunlukla silikon (Si) malzemelere dayanmaktadır ve oldukça olgunlaşmıştır. Si, çeşitli elektronik tüplerde ve entegre devrelerde yaygın olarak kullanılan bir yarı iletken malzemedir. Güç yarı iletken cihazlarının kullanımı giderek daha çeşitli hale geldikçe, silikon cihazların kullanımı yüksek performans gereksinimleri ve zorlu çalışma ortamları olan bazı uygulamalarda kısıtlanmıştır. Bu, insanların daha iyi performansa sahip yarı iletken cihazlar geliştirmesini gerektirir. Sonuç olarak, silisyum karbür (SiC) gibi geniş bant aralıklı yarı iletken cihazlar ortaya çıkmıştır.
Silisyum bazlı cihazlarla karşılaştırıldığında, silisyum karbür cihazlar bir dizi dikkate değer mükemmel özellik sergiler:
(1) Yüksek arıza elektrik alanı kuvveti: SiC’nin arıza elektrik alanı kuvveti, Si’nin yaklaşık 10 katıdır, bu da SiC cihazlarının daha yüksek blokaj voltajına sahip olmasını ve daha yüksek elektrik alanı koşulları altında çalışabilmesini sağlar, bu da güç yoğunluğunun iyileştirilmesine yardımcı olur.
(2) Geniş bant aralığı: SiC, oda sıcaklığında daha düşük bir içsel taşıyıcı konsantrasyonuna sahiptir, bu da açık durumda daha düşük açık dirence yol açacaktır.
(3) Yüksek doygunluk sürüklenme hızı: SiC, daha yüksek bir elektron doygunluk sürüklenme hızına sahiptir, bu da anahtarlama işlemi sırasında daha hızlı bir şekilde sabit duruma ulaşmasına yardımcı olur ve anahtarlama işlemi sırasında enerji kaybını azaltır.
(4) Yüksek termal iletkenlik: SiC, güç yoğunluğunu önemli ölçüde iyileştirecek, ısı dağıtım sisteminin tasarımını daha da basitleştirecek ve cihaz ömrünü etkili bir şekilde uzatacak daha yüksek bir termal iletkenliğe sahiptir.
Kısacası, silisyum karbür güç aygıtları, fotovoltaik invertörlerin güç yoğunluğunu iyileştirmek ve kilovatsaat başına maliyeti daha da düşürmek için hayati önem taşıyan “yüksek dönüşüm verimliliği” ve “düşük enerji tüketimi” elde etmek için gereken düşük ters geri kazanım ve hızlı anahtarlama özelliklerini sağlar.