Le système de stockage de l’énergie (ESS) est un élément crucial en vue de l’atteinte de l’objectif « zéro émission nette », car il permet aux humains de stocker et de contrôler l’énergie renouvelable, comme l’énergie solaire et éolienne, qui est dynamique et instable. Un système de stockage de l’énergie bien établi peut stocker ou fournir de l’énergie en vue d’une utilisation ultérieure, ce qui permet de réduire les coûts et la pression sur l’électricité pendant les périodes de creux et de pointe de la consommation d’électricité.
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Le PCS (Power Conversion System), le cœur du système de stockage d’énergie, contrôle la conversion bidirectionnelle de l’énergie entre le réseau/onduleur solaire et le bloc-batterie. De même, à l’instar d’autres applications d’infrastructure énergétique à haute puissance, l’ESS nécessite une puissance de sortie et une densité de puissance plus élevées, afin de permettre une charge/décharge plus rapide dans un espace limité. Les semi-conducteurs WBG jouent un rôle clé dans cette évolution.
Figure 1 : Schéma du modèle ESS type
Le carbure de silicium, un matériau semi-conducteur à large bande interdite de nouvelle génération, peut améliorer considérablement les performances. Le carbure de silicium offre plusieurs caractéristiques de performance supérieures, telles que l’énergie de bande, le champ de rupture, la conductivité thermique, etc. Ces caractéristiques permettent à un système SiC de fonctionner à une fréquence plus élevée sans perdre de puissance de sortie afin de réduire la dimension de l’inducteur. Il peut également optimiser le système de refroidissement, en remplaçant le système de refroidissement par air forcé par un système de refroidissement naturel.
Figure 2. SuperJunction MOSFET vs SiC MOSFET
FS4 IGBT avec diode SiC Co-Pack 650 V, TO247-4
Pour concilier coût et performances, le remplacement de la diode antiparallèle à base de Si par une diode SiC est un bon choix, en particulier pour les convertisseurs de puissance bidirectionnels, qui nécessitent un flux de courant inversé.
FGH4L75T65MQDC50 est un nouveau IGBT FS4 650 V avec diode SiC intégrée ; il offre des performances optimales avec de faibles pertes de conduction et de commutation pour les applications à haut rendement.
SiC MOSFET, EliteSiC, 14 mΩ, 1200 V, M3P, D2PAK
- Typ. RDS(on) = 14 mΩ @ VGS = 18 V
- Faibles pertes de commutation (Typ.EON = 1331 μJ @74 A, 800 V)
- 100 % testé en avalanche
- D2PAK-7L
Envisager une solution de module intégré de puissance pourrait maximiser l’efficacité du système et la densité de puissance. Les modules SiC coûtent plus cher, mais leurs avantages peuvent l’emporter sur leur coût. Le PIM permet d’améliorer l’effet parasite, ce qui est essentiel pour les systèmes à di/dt élevé ; il offre également une meilleure cohérence de la matrice afin d’obtenir un meilleur partage du courant dans les connexions parallèles. En termes de fabrication, le PIM offre une excellente efficacité de production car il comporte moins de composants et permet un montage facile. Enfin, la solution PIM réduit les problèmes de gestion thermique.
Module SiC - EliteSiC, 3 mΩ, 1 200 V, demi-pont, F2
Caractéristiques
- 2 × 1 200 V SiC MOSFET, RDS(on) = 3 mΩ
- Faible résistance thermique
- Thermistance NTC interne
Avantages
- Amélioration du RDS(on) à des tensions plus élevées
- Amélioration de l’efficacité ou de la densité de puissance
- Solution flexible pour une interface thermique de haute fiabilité
Application
- Onduleurs solaires triphasés
- Système de stockage d’énergie
Pilote de porte, double canal, 5 kVRMS, 4,5/9 A
Caractéristiques
- 4,5 A en crête à la source, Capacité de courant de sortie 9 A en crête à la descente
- Le délai de propagation est typiquement de 36 ns avec une correspondance de délai maximale de 8 ns par canal.
- Immunité aux transitoires en mode commun CMTI > 200 V/ns
- Isolation galvanique de 5 kVRMS
Alimentation électrique ininterruptible - Défis et considérations en matière de conception
Optimisation des systèmes d’énergie solaire résidentiels en termes d’efficacité, de fiabilité et de coût