Полупроводники на основе нитрида галлия с очень быстрым переключением скоро найдут применение в инверторах для солнечных электростанций. В Университете прикладных наук Бонн-Райн-Зиг стартовал исследовательский проект, финансируемый Федеральным министерством экономики и технологий.
В рамках проекта «GaN-HighPower» Институт Фраунгофера по энергетической экономике и технологии энергетических систем IEE, Кельнский университет прикладных наук, Университет прикладных наук Бонн-Рейн-Зиг, производитель инверторов SMA Solar Technology и полупроводниковые компании Infineon Technologies и Vacuumschmelze GmbH работают над тестированием таких полупроводников в инверторах. Проект продлится до 2024 года и будет финансироваться федеральным правительством в размере 4,1 миллиона евро.
Партнеры проводят конкретные исследования по использованию различных полупроводниковых модулей из нитрида галлия, которые тестируются в различных топологиях и с различными магнитными компонентами. Путем тестирования, определения характеристик и моделирования полупроводников, топологии и согласования их с другими компонентами будет разработан инвертор с выходной мощностью 100 киловольт-ампер. «Разработка функционирующей управляющей электроники для быстро переключающихся полупроводников GaN является серьезной задачей», — говорит Марко Юнг, профессор кафедры электротехники, машиностроения и технической журналистики Университета прикладных наук Бонн-Райн-Зиг, возглавляющий проект.
До настоящего времени полупроводники на основе нитрида галлия использовались только в приложениях с гораздо меньшим диапазоном мощности, например, в мобильных телефонах. Совместно с производителями полупроводников планируется выпускать продукцию из нитрида галлия с высокой диэлектрической прочностью. Если все получится, эти полупроводники смогут значительно снизить вес инверторов. Благодаря высокой частоте переключения, можно будет значительно уменьшить магнитные компоненты, такие как дроссельные катушки, которые используются для коррекции синусоидальной формы волны.
Хотя это и звучит знакомо, но это не дежавю. Уже несколько лет различные производители разрабатывают инверторы, работающие на полупроводниках из карбида кремния, так называемых металлооксидных полупроводниковых полевых транзисторах (MOSFET). По сравнению с обычными биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT), которые переключаются с частотой 16 килогерц, полупроводники из карбида кремния работают гораздо быстрее и переключаются с частотой 50 килогерц. Для сравнения, полупроводники на основе нитрида галлия, которые уже используются в мобильной телефонии, легко переключаются с частотой 250 килогерц, а некоторые даже уходят в мегагерцовый диапазон. В устройствах, в которых были установлены МОП-транзисторы, можно достичь плотности мощности менее одного килограмма на киловатт. В случае с карбидом кремния проблема первоначально заключалась в диэлектрической прочности. Однако именно рост электромобильности привел к разработке и продаже МОП-транзисторов с высокой диэлектрической прочностью, что также пошло на пользу солнечной промышленности.
Полупроводники из карбида кремния также не всегда позволяют создать преобразователь в нужной весовой категории. Высокопроизводительные стринговые инверторы мощностью более 100 киловатт нельзя установить вручную в полевых условиях. Для этого необходимо использовать подъемную технику.
Еще в июле Институт солнечных энергетических систем Фраунгофера разработал гибридный инвертор, в котором использовались полупроводники из нитрида галлия и карбида кремния. Преимуществом этого испытуемого устройства должно быть то, что оно может работать в верхнем диапазоне эффективности 98 процентов даже при низкой частичной нагрузке.
Источник: https://www.pv-magazine.de/2021/12/21/sma-beteiligt-sich-an-forschungsverbund-zur-entwicklung-von-wechselrichter-mit-galliumnitrid-transistoren/
Перевод выполнен с разрешения редакции журнала pv mаgazine.
