IGBT und andere Leistungshalbleiterbauelemente in der Anwendung von Photovoltaik-Wechselrichtern

Photovoltaik-Wechselrichter sind das Herzstück eines Solarstromerzeugungssystems. Ihre Hauptfunktion besteht darin, den vom Photovoltaik-Modul erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, der den Anforderungen des Stromnetzes entspricht. Bei diesem Energieumwandlungsprozess spielen Leistungshalbleiterbauelemente eine entscheidende Rolle. Dieser Beitrag befasst sich mit der Anwendung von Leistungshalbleiterbauelementen wie IGBT in PV-Wechselrichtern.

IGBT in der Anwendung von Photovoltaik-Wechselrichtern

Der IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ist eines der am häufigsten verwendeten Leistungshalbleiterbauelemente in Photovoltaik-Wechselrichtern. Seine Hauptanwendungen in PV-Wechselrichtern umfassen.

1. DC/AC-Wechselrichterschaltung: IGBT als Hauptschaltgerät, durch die Steuerung seines Öffnens und Schließens, um die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom zu erreichen.

2. DC/DC-Boost-Schaltung: In einigen Wechselrichterdesigns werden IGBTs auch in DC/DC-Boost-Schaltungen eingesetzt, um die Eingangsspannung zu erhöhen, damit sie den Anforderungen des Wechselrichters entspricht.

3. Maximum Power Point Tracking (MPPT): IGBTs spielen eine Schlüsselrolle in MPPT-Schaltungen, indem sie den Arbeitspunkt anpassen, um die maximale Ausgangsleistung des PV-Moduls zu erreichen.

Die breite Anwendung von IGBTs in PV-Wechselrichtern ist hauptsächlich auf ihre folgenden Eigenschaften zurückzuführen.

1. Hohe Eingangsimpedanz und niedriger Spannungsabfall im eingeschalteten Zustand

2. Hohe Spannung und hoher Strom

3. Schnelle Schaltgeschwindigkeit und geringe Verluste

4. Positiver Temperaturkoeffizient, einfache Parallelschaltung

SiC-MOSFET-Anwendungstrends

In den letzten Jahren wurden Siliziumkarbid-MOSFETs (SiC) zunehmend in Photovoltaik-Wechselrichtern eingesetzt. Im Vergleich zu herkömmlichen IGBTs auf Siliziumbasis bieten SiC-MOSFETs die folgenden Vorteile.

1.geringere Schaltverluste: SiC-MOSFETs können die Systemverluste um 70 % reduzieren. 

2.höhere Betriebsfrequenz: Sie können mit einer Frequenz von 45 kHz oder mehr arbeiten, während IGBTs normalerweise mit etwa 16 kHz arbeiten. 

3. höhere Leistungsdichte: SiC-MOSFET-Wechselrichter können 80% leichter und kleiner sein. 

4.höherer Systemwirkungsgrad: Im Vergleich zu IGBT-Lösungen kann der Einsatz von SiC-MOSFETs den Gesamtwirkungsgrad des Systems um etwa 3% verbessern.

Andere Anwendungen von Leistungshalbleiterbauelementen

Neben IGBTs und SiC-MOSFETs finden auch andere Leistungshalbleiter-Bauelemente in Photovoltaik-Wechselrichtern wichtige Anwendungen.

1. Dioden: SiC-Schottky-Dioden werden für die Gleichrichtung und Kontinuität verwendet und sind wegen ihres geringen Vorwärtsspannungsabfalls und ihrer Null-Rücklaufeigenschaften beliebt. 

2. MOSFETs: In Niederspannungsanwendungen, wie z. B. Mikrowechselrichtern, sind herkömmliche MOSFETs immer noch weit verbreitet.

3. Thyristor: In einigen Hochleistungs-Photovoltaik-Wechselrichtern werden immer noch Thyristoren verwendet, hauptsächlich für den Überspannungsschutz und andere Zwecke.

Schlussfolgerung

Leistungshalbleiterbauelemente sind die Kernkomponenten von Photovoltaik-Wechselrichtern und wirken sich direkt auf die Leistung und Effizienz des Wechselrichters aus. Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Photovoltaik-Stromerzeugungstechnologie werden die Anforderungen an Wechselrichter immer höher, und der IGBT ist aufgrund seiner hervorragenden Gesamtleistung nach wie vor das bevorzugte Bauelement für Mainstream-PV-Wechselrichter. Neue Leistungsbauelemente wie SiC-MOSFETs entwickeln sich jedoch rasant und werden in Zukunft voraussichtlich effizientere und kompaktere PV-Wechselrichterlösungen hervorbringen. Die Wahl des richtigen Leistungshalbleiter-Bauelements ist entscheidend für die Verbesserung der Gesamtleistung und Zuverlässigkeit des PV-Systems.

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