Das ESS (Energy Storage System) ist ein entscheidender Bestandteil auf dem Weg zu Netto-Null, da es die Speicherung und Kontrolle dynamischer und instabiler erneuerbarer Energien wie Solar- und Windenergie ermöglicht. Ein gut eingerichtetes Energiespeichersystem kann Energie zur späteren Verwendung speichern und wieder freigeben, wodurch die Elektrizitätskosten und der Elektrizitätsmangel in Zeiten besonders hohen oder besonders niedrigen Stromverbrauchs reduziert werden.
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Unser neuestes Whitepaper taucht tief in die Welt der Energiespeichersysteme (ESS) und Energieumwandlungssysteme (PCS) ein. Erhalten Sie unschätzbare Einblicke sowohl für private als auch für gewerbliche Anwendungen.
Das PCS (Power Conversion System), das Herzstück des Energiespeichersystems, steuert die bidirektionale Energieumwandlung zwischen Netz/Solar-Wandler und Akku. Ähnlich wie andere Hochenergie-Infrastrukturanwendungen erfordert das ESS eine höhere Ausgabeleistung und Energiedichte, um schnelleres Laden/Entladen auf begrenztem Raum zu ermöglichen. WBG-Halbleiter spielen bei dieser Entwicklung eine entscheidende Rolle.
Abb. 1 Typisches ESS-Blockdiagramm
Siliziumkarbid, ein Halbleitermaterial mit breiter Bandlücke der nächsten Generation, kann einen erheblichen Beitrag zur Beseitigung von Leistungsproblemen leisten. Siliziumkarbid bietet mehrere erstklassige Leistungseigenschaften wie beispielsweise Band-Energie, Durchbruchfeld, Wärmeleitfähigkeit usw. Diese Merkmale ermöglichen den Betrieb eines SiC-Systems mit höherer Frequenz, ohne dass Ausgabeleistung verloren geht. Damit ermöglichen sie auch kleinere Induktoren. Darüber hinaus optimiert es das Kühlsystem, das natürliche anstatt erzwungener Luftkühlung verwendet.
Abb.2 Vergleich zwischen SuperJunction MOSFET und SiC MOSFET
FS4 IGBT mit Co-Pack SiC-Diode 650 V, TO247-4
Zur besseren Balance zwischen Kosten und Leistung ist der Austausch siliziumbasierter Anti-Parallel-Dioden durch SiC-Dioden besonders für bidirektionale Energiewandler eine Gute Wahl, da diese einen umgekehrten Stromfluss erfordern.
FGH4L75T65MQDC50 ist ein neu eingeführter 650 V FS4-IGBT mit einer integrierten SiC-Diode. Das Produkt bietet optimale Leistung mit geringen Leitungs- und Schaltverlusten für hocheffiziente Anwendungen.
SiC MOSFET, EliteSiC, 14 mΩ, 1200 V, M3P, D2PAK
- Typ. RDS(on) = 14 mΩ bei VGS = 18 V
- Geringe Schaltverluste (Typ. EON = 1331 μJ bei 74 A, 800 V)
- 100 % Stoßentladungsgetestet
- D2PAK-7L
Die Verwendung von Power Integrated Modules kann die Systemeffizienz und die Energiedichte maximieren. SiC-Module kosten mehr, die Vorteile können dies aber deutlich aufwiegen. PIM bietet einen verbesserten parasitären Effekt, was für High-Di/DT-Systeme sehr wichtig ist, sowie eine bessere Die-Konsistenz für eine bessere Stromverteilung bei parallelen Verbindungen. Aus Herstellersicht bietet PIM hervorragende Produktionseffizienz, da es weniger Komponenten hat und eine einfache Befestigung ermöglicht. Und schließlich sorgt die PIM-Lösung für weniger Probleme beim Wärmemanagement.
SiC-Modul – EliteSiC, 3 mΩ, 1200 V, Half Bridge, F2
Eigenschaften
- 2 × 1200 V SiC MOSFET, RDS(on) = 3 mΩ
- Niedriger thermischer Widerstand
- Interner NTC-Thermistor
Vorteile
- Verbesserter RDS(on)-Wert bei höheren Spannungen
- Verbesserte Effizienz bei hoher Energiedichte
- Flexible Lösung für thermische Schnittstellen mit hoher Zuverlässigkeit
Anwendung
- 3-Phasen-Solar-Wandler
- Energiespeichersystem
Gate-Treiber, Zweikanal, 5 kVRMS, 4,5/9 A
Eigenschaften
- 4,5 A Spitzenquellen-, 9 A Spitzensenken-Ausgangsstrom
- Die Laufzeitverzögerung liegt typischerweise bei 36 ns mit max. 8 ns Verzögerungsabgleich pro Kanal.
- Gleichtaktschwankungsimmunität CMTI > 200 V/ns
- 5 kVRMS galvanische Isolation
Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) – Entwurfsherausforderungen und Überlegungen
Optimierung von Heim-Solarenergiesystemen in den Bereichen Effizienz, Zuverlässigkeit und Kosten