I sistemi di accumulo dell'energia (ESS) sono un elemento fondamentale nel percorso verso le emissioni zero, perché permettono di immagazzinare e controllare la corrente proveniente da fonti rinnovabili, come l'energia solare e quella eolica, che è dinamica e instabile. Un sistema di accumulo dell'energia consolidato può immagazzinare la corrente e fornirla per un uso successivo, riducendo il costo e la pressione durante i minimi e i picchi di consumo dell'elettricità.
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Il nostro White Paper approfondisce il tema dei sistemi di accumulo dell'energia (ESS) e dei sistemi di conversione di potenza (PCS), offrendo spunti interessanti sia per le applicazioni residenziali che commerciali.
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Il sistema di conversione di potenza (PCS), al centro del sistema di accumulo dell'energia, controlla la conversione di potenza bidirezionale tra rete/inverter solare e batteria. Analogamente, come altre applicazioni per infrastrutture energetiche ad alta potenza, l'ESS richiede una potenza in uscita e una densità di potenza superiori, per raggiungere una maggiore velocità di caricamento/scaricamento in uno spazio limitato. I semiconduttori WBG hanno un ruolo chiave in questa evoluzione.
Figura 1: Diagramma a blocchi di un ESS tipico
Il carburo di silicio, un materiale semiconduttore wide bandgap di nuova generazione, è in grado di migliorare notevolmente le prestazioni. Il carburo di silicio presenta diverse caratteristiche superiori a livello di prestazioni, come l'energia di banda, il campo di rottura, la conduttività termica e così via. Queste caratteristiche consentono a un sistema SiC di funzionare a una frequenza più elevata senza perdere potenza di uscita per ridurre le dimensioni dell'induttore. Inoltre, può ottimizzare il sistema di raffreddamento sostituendo l'aria forzata con un raffreddamento naturale.
Figura 2: MOSFET SuperJunction e MOSFET SiC a confronto
IGBT FS4 integrato con diodo SiC da 650 V, TO247-4
Per trovare un compromesso tra costi e prestazioni, la sostituzione del diodo antiparallelo a base di silicio con un diodo SiC è una buona opzione soprattutto per i convertitori bidirezionali, che richiedono un flusso di corrente inverso.
Il FGH4L75T65MQDC50 è un IGBT FS4 da 650 V con un diodo SiC integrato che offre prestazioni ottimali con valori bassi in termini di conduzione e perdite di commutazione, per applicazioni ad alta efficienza.
MOSFET SiC, EliteSiC, 14 mΩ, 1.200 V, M3P, D2PAK
- RDS(on) tipico = 14 mΩ a VGS = 18 V
- Perdite di commutazione basse (EON tipico = 1.331 μJ a 74 A, 800 V)
- Effetto valanga testato al 100%
- D2PAK-7L
Una soluzione basata su un modulo integrato di alimentazione (PIM) potrebbe massimizzare l'efficienza del sistema e la densità di potenza. I moduli SiC sono più cari, ma i vantaggi possono giustificarne il costo. Il modulo PIM presenta un effetto parassita migliorato, essenziale per un sistema con di/dt elevato; offre anche una maggiore consistenza del die, che permette di ottenere una migliore condivisione della corrente nel collegamento in parallelo. In termini di produzione, il modulo PIM offre un'efficienza eccellente perché ha un numero minore di componenti e quindi un montaggio più semplice. Infine, la soluzione basata su PIM riduce i problemi legati alla gestione termica.
Modulo SiC - EliteSiC, 3 mΩ, 1.200 V, half-bridge, F2
Caratteristiche
- 2 × MOSFET SiC da 1.200 V, RDS(on) = 3 mΩ
- Resistenza termica bassa
- Termistore NTC interno
Vantaggi
- RDS(on) migliorato a tensioni più elevate
- Efficienza migliorata o maggiore densità di potenza
- Soluzione flessibile per un'interfaccia termica ad alta affidabilità
Applicazione
- Inverter solari a 3 fasi
- Sistema di accumulo dell'energia
Gate driver a doppio canale, 5 kVRMS, 4,5/9 A
Caratteristiche
- Capacità di corrente d'uscita di picco: 4,5 A source/9 A sink
- Ritardo di propagazione tipico di 36 ns con un ritardo massimo di 8 ns corrispondente per canale
- Immunità ai transitori di modo comune (CMTI) > 200 V/ns
- Isolamento galvanico da 5 kVRMS
Ottimizzazione dei sistemi a energia solare residenziali in termini di efficienza, affidabilità e costi