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Wie MOSFET-Technologie für effizientere Solaranlagen sorgt

Wie MOSFET-Technologie für effizientere Solaranlagen sorgt

Laut Marktanalysen von IHS soll die weltweit erzeugte Energie aus Solaranlagen gegen Ende dieses Jahres mehr als 310 GW betragen. Dies entspricht dem 8-fachen im Vergleich zum Beginn dieses Jahrzehnts. GlobalData schätzt, dass sich diese Energiemenge bis zu Jahr 2025 nochmals verdoppeln wird und somit 652 GW erreicht.

Da die Nachfrage im Bereich Solartechnik weiter steigt, die Wandlungseffizienz bei der Photovoltaik aber noch relativ niedrig ist (trotz allmählicher Verbesserung), müssen die Leistungsverluste der zugehörigen Elektronikschaltkreise verringert werden. Somit kann die umgewandelte Energie besser genutzt werden. Gleichzeitig wird gefordert, dass Wechselrichter immer kleiner und die Systemzuverlässigkeit immer besser werden soll, da einmal installierte Solaranlagen 15 bis 20 Jahre in Betrieb sind.

Solarwechselrichter wandeln den in den Solarzellen erzeugten Gleichstrom in einen Wechselstrom mit der entsprechenden Netzspannung und Frequenz um, damit dieser in das Netz eingespeist werden kann. Alternativ kann auch eine netzunabhängige Versorgung von Systemen erfolgen. Da sich Leistungs-MOSFETs einfach ansteuern lassen, werden sie als Schalter in Wechselrichtern für Solaranlagen eingesetzt. Verschiedene Aspekte müssen bei der Wahl der richtigen MOSFETs für diese Art von Anwendung berücksichtigt werden.

  • Die Bausteine sollten für eine Nennspannung von 600 oder 650 V ausgelegt sein. Dies bietet mehr als ausreichenden Schutz gegen Transienten mit hohen Spannungen.
  • Damit die Schaltverluste so gering wie möglich ausfallen und der Systemwirkungsgrad erhöht werden kann, sind Freilaufdioden (FRDs; Fast Recovery Dioden) erforderlich. Die Auslegung der Body-Diode des MOSFETs als FRD verringert die Schaltverluste erheblich.
  • Die Abwägung zwischen MOSFET-Leitungs- und Schaltverlusten sollte sehr sorgfältig erfolgen, um die Leistungsfähigkeit des Systems nicht zu beeinträchtigen.
  • Auch der Einfluss der MOSFET-Gate-Ladung (QG) auf die Schaltfunktion ist zu berücksichtigen. Bei niedriger QG werden höhere Frequenzen (schnelleres Schalten) unterstützt, was allerdings zu einem höheren Durchlasswiderstand RDS(ON) führt, der wiederum die Verlustleistung erhöht.

Toshiba stellt ein Whitepaper zur Verfügung, in dem neueste Halbleiter-Prozesstechnologien beschrieben werden und wie die Wahl der richtigen MOSFETs zu einem optimalen Leistungselektronik-Design führt. Zum Download des Whitepapers hier klicken:

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