下一代光伏與儲能系統　WBG半導體提供高效功率轉換

編譯／高晟鈞

2050 年溫室氣體淨零排放氣候變遷目標正在推動許多國家採用再生能源生產，其中成長最快的莫過於風力發電與太陽能。據估計，到 2050 年，風能和太陽能將佔所有能源產量的約三分之二。太陽能板技術的進步、成本的下降都推動了太陽能發電的增長。

再生能源的開發固然重要，但如何將電力有效儲存也是一大重要課題。對此，碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）等寬能隙WBG半導體正在為下一代光伏和儲能系統（ESS）提供更高效率、更緊湊的功率轉換。

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太陽能與儲能電力轉換的趨勢

對於住宅用途，光伏輸出通常低於 20 kW，最大直流電壓為 600 V，典型單相輸出為 110/230 VAC。目前，公用事業規模的光伏發電的額定直流電壓通常為 1,000V。ESS 系統相對更高，典型的住宅壁掛式裝置功率範圍為 3 kW 至 20 kW，電池電壓升至 450 V 範圍。商業和公用事業 ESS 裝置的範圍可達兆瓦等級。

連接ESS與PV可以透過交流耦合（DC/DC或DC/AC）或直流耦合（值流光伏電源透過DC/DC轉換器連接到電池）。這些轉換器必須是雙向的，以便根據需求來提取或儲存電池的能源。

另一方面，隨著電動車的普及化，電動車的電池將能扮演電網、電動車與住宅間的能源中轉站。

用於太陽能和ESS功率轉換的WBG元件

在不論是DC/DC或DC/AC的轉換器設計中，WBG裝置都比傳統的矽基裝置有著更多的優勢。WBG裝置有更高的開關頻率，可以減少系統尺寸並提高效能；更少的熱損耗也使得冷卻要求更為簡單。

GaN裝置還可以更見單的交流拓樸開關，提供獨特的雙向功能，進而將裝置的數量要求減少四倍以上。SiC則非常適合在更高功率和電壓要求的領域取帶矽基裝置。

整體而言，不論是住宅或是商業事業規模的光伏發電，都將受益於WGB電力轉換器更好的性能與特性，從而使得光伏發電到ESS的效益最大化。

資料來源:Powerelectroincnews

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