Par Uwe Kringel, Institut Fraunhofer pour les sciences de l’énergie et l. a. technologie des systèmes énergétiques IEE
Crédit : CC0 domaine public
Dans le cadre du projet de recherche PV-MoVe, les chercheurs du Fraunhofer IEE ont étudié remark les réseaux actifs de réduction des pertes de commutation des semi-conducteurs de puissance peuvent être utilisés pour permettre des onduleurs photovoltaïques plus petits, plus légers et plus rentables. Grâce à des circuits supplémentaires nouvellement développés, les fréquences de commutation d’un onduleur photovoltaïque de 50 kW peuvent être augmentées d’un facteur de 2,5 à 3 pour l’étage d’entrée CC et d’un facteur de 10 à 12,5 pour l’étage de sortie de l’onduleur.
Le projet a été travaillé en coopération avec les partenaires du projet Infineon Applied sciences AG et SUMIDA Elements & Modules GmbH de 2019 à 2023.
L’objectif primary du projet, intitulé « Méthodes, procédures et composants pour réduire les pertes de commutation dans les onduleurs photovoltaïques à commutation rapide pour une réduction ciblée du poids et des coûts », était de réduire les pertes de commutation dans les semi-conducteurs de puissance afin de permettre des fréquences de commutation plus élevées. Cela ouvre l. a. possibilité de fabriquer des onduleurs photovoltaïques plus petits, plus légers et plus rentables sans entraver de manière significative leur efficacité.
“Les fréquences de commutation plus élevées des semi-conducteurs de puissance peuvent être utilisées pour réduire les contributeurs dominants en termes de poids et de taille, à savoir les inductances et les condensateurs de puissance, avec une réduction des matières premières et des fournitures. Cela réduit l. a. consommation de matériaux et les coûts des composants, ce qui entraîne des avantages supplémentaires en termes de du refroidisseur et du boîtier. » Conception, explique le professeur Marco Jung, skilled en électronique de puissance, chef du département de convertisseurs et de technologie d’entraînement au Fraunhofer IEE et professeur ordinaire à l’université de Bonn-Rhein-Sieg. des Sciences Appliquées.
Le projet PV-MoVe s’est concentré sur l’utilisation de circuits supplémentaires pour réduire les pertes de commutation, automotive ces applied sciences peuvent être appliquées indépendamment du matériau de base du semi-conducteur de puissance.
« Ils peuvent être utilisés pour les applied sciences de silicium (Si) bien établies afin de permettre des fréquences de commutation élevées qui ne sont généralement réalisables qu’avec des semi-conducteurs à massive bande passante (WBG), tels que le carbure de silicium (SiC) ou le nitrure de gallium (GaN). également être utilisé « pour augmenter encore davantage les fréquences de commutation déjà élevées », explique le coordinateur du projet Fraunhofer IEE, le Dr Sebastian Spronk.
Ces circuits supplémentaires sont constitués d’assemblages spécialisés de semi-conducteurs de puissance auxiliaire, de condensateurs résonants et d’inductances. Ils réduisent les contraintes de stress et/ou de courant sur les semi-conducteurs de puissance principaux pendant les transitions de commutation, ce qui entraîne une mise sous et hors stress « douce » avec des pertes de commutation considérablement réduites.
Pour démontrer l’efficacité de cette approche, des circuits adaptés aux systèmes partiels d’un onduleur photovoltaïque de 50 kW, c’est-à-dire un convertisseur élévateur d’entrée DC/DC et un onduleur de sortie, ont été développés, construits et rigoureusement testés en laboratoire.
« Les résultats montrent clairement l. a. possibilité d’une réduction significative des pertes de commutation des principaux semi-conducteurs de puissance : pour l’IGBT à base de Si du convertisseur élévateur jusqu’à -70 % et pour le MOSFET à base de SiC de l’onduleur jusqu’à -92 %, ” dit Spronk.
Les circuits supplémentaires nécessaires introduisent eux-mêmes des pertes, mais ne doivent pas dépasser les pertes minimisées dans les principaux semi-conducteurs de puissance. Pour ceux-ci, l. a. réduction des pertes peut être utilisée pour augmenter considérablement les fréquences de commutation sans risquer de surcharge thermique.
“Sur l. a. base de nos calculs, l. a. fréquence de commutation du convertisseur élévateur photovoltaïque IGBT de 50 kW étudié peut être augmentée de 6,6 kHz d’un facteur de 2,5 à 3. Pour l’onduleur photovoltaïque SiC ANPC correspondant, une augmentation de 36,6 kHz d’un facteur 10. –12,5 semble imaginable», concluent les mavens.
Les scientifiques de Fraunhofer travaillent actuellement à intégrer les applied sciences nouvellement développées dans une démonstration de système complète afin de vérifier leur efficacité dans des stipulations réelles ainsi que de les transférer à d’autres programs, telles que les entraînements par onduleurs à batterie et à pile à flamable.
Fourni par Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE
l. a. quotation: Onduleurs photovoltaïques : réduire l. a. taille, le poids et le coût grâce à des fréquences de commutation plus élevées et des pertes plus faibles (21 novembre 2023) Extrait le 21 novembre 2023 de
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