わたしたちは世界の気候状況において常に今日の状況に直面しています。ニュースは、火災、洪水、荒天で溢れており、そのすべてが気候変動に起因しています。
状況は明らかに懸念事項であり、個人、政府、ロビー団体は化石燃料の使用量の大幅な削減、または完全な禁止を提唱しています。
しかし、エネルギーを効率的かつ既存の技術と同等の価格で提供できる適切な技術が無ければ、太陽光発電を促進する多くの政府支援のイニシアティブが完全に成功する可能性は低いでしょう。
太陽光発電は、本質的にためにインバータ (DCからAC) を必要とする直流 (DC) 技術です。交流（AC）が利用可能になると、すべての主要装置がエネルギーを使用できるようになり、家庭内のような小規模な設備でもグリッドに接続して電力の共有が可能になります。
図 1 ： 典型的な太陽光発電インバータシステムのブロック図
太陽光発電の初期において、インバータは 100kWを超える容量で集中化される傾向がありました。しかし最近では、事業者が100 kW未満 のインバータの使用を好むため、この傾向が変化しています。いずれの場合も、アーキテクチャは、PV パネルからの電圧を上げる DC/DC ブーストコンバータと、ローカルグリッド用の（50 Hz / 60 Hz） で AC 電圧を生成する DC/AC インバータに似ています。このシステムは、保護回路と高度な監視／制御機能を備えており、常に最適な効率が得られます。
太陽は無限のエネルギー源ではありますが、効率は太陽光発電システムの重要な考慮事項です。数々の非効率なシステムは、システムから除去する必要がある不要な熱を生成します。必然的に、これにはヒートシンクやファンなどの熱管理対策が必要になり、それぞれの対策により、システムのサイズ、複雑さ、重量、コストが追加されます。
インバータ用に選択されるトポロジは効率に影響を与えますが、最新の太陽光発電アプリケーションに必要な効率を達成するには、主要な半導体スイッチングデバイス（MOSFET、IGBT、およびダイオード）が絶対的に重要です。半導体デバイスが発明されて以来、シリコン（Si） が主な材料として使用されており、長年の技術革新により、この技術はさらなる向上がほとんど不可能なレベルに達しています。
したがって、オン・セミコンダクター等の主要な半導体メーカーは、将来のスイッチングデバイスを構築するために他の材料を検討してきました。窒化ガリウム（ガリウムナイトライド、gallium nitride、GaN）や炭化ケイ素（シリコンカーバイド、silicon carbide、SiC）等のいわゆるワイドバンドギャップ （WBG） 料は、その特性が効率的な半導体デバイスの開発に最適であるため、注目を浴びています。
WBG 材料は、Si ベースのデバイスよりも本質的に抵抗が低いため、連続導通時の静的損失を低減します。さらに、スイッチング周波数が上昇して磁気部品のサイズが小さくなると、シリコンと比較してゲート電荷が減少するため、WBG 技術はより効率がさらに向上し、動的損失もさらに低減します。
図 2 ： ワイドバンドギャップの優位性
WBG の採用を遅らせる要因が 1 つあるとすれば、それは従来はコストでした。しかし、半導体デバイスが通常、電力システムコストの約10 ％しか占めておらず、インダクタとコンデンサが約 90 ％を占めるため、ではエンジニアは誤った結論に至るでしょう。 SiC デバイスは、高性能化によりコンデンサとインダクタの値を約 75 % 削減でき、コストとサイズを劇的に削減できます。
図 3 ： 80kHz 動作時、代表的な SiC ダイオードの損失は、シリコンダイオードより 73％少ない
受動部品のコスト低減を考慮すると、SiC デバイスのコストが高いにもかかわらず、WBG ベースの電源ソリューションの総コストは、Si ベースのソリューションと同等か、やや低くなります。
オン・セミコンダクターは、900 V 耐圧 NTHL020N090SC1 や 1200 V 耐圧NTHL040N120SC1 を含む、SiC MOSFET の幅広いポートフォリオを提供しています。これらの製品は、オン抵抗 （RDS（ON）） がわずか 40ミリオームで、ゲート電荷量（QG） および容量値が低いため、EMI を低減し、より高速のスイッチング周波数を使用でき、前述したメリットを得られます。 650 V に関しては一例として、30 A は逆回復がなく、電流と温度に依存しないスイッチング特性を持っており、高機能の太陽光発電アプリケーションでの使用に最適です。
業界はこの重要な転換点に到達していることから、WBG デバイスはより高効率の世界の構築に貢献し、気候変動の影響に対応して、太陽光発電の真に明るい未来を実現するでしょう。
今日の「ソーラーインバータソリューション」の詳細、ならびに、「太陽光発電と再生可能エネルギーアプリケーションにおけるワイドバンドギャップの活用」について、当社のビデオをご覧になり、皆さまのお役立てください。
