Ontwerp van nieuwe DC / DC-converters voor SMART herconfigureerbare PV-modules

Fotovoltaïsche (PV) modules leveren aanzienlijk minder energie op in het veld dan verwacht van hun nominaal vermogen, aangegeven als 'Wattpiek (Wp)'. Dit laatste wordt gemeten onder 'standaard testomstandigheden' maar in klimaten zoals West-Europa worden deze zelden gehaald. In feite kunnen de belangrijkste energierendementsverliezen (kWh / kWp) in deze klimaten worden toegeschreven aan een verminderde verlichting die resulteert in lagere stroom en niet-uniforme verlichtingscondities (schaduw, wolken, vervuiling, ...) die leiden tot een huidige mismatch in de serieel verbonden cellen in de module. Om de energieproductie van PV-modules die werken onder niet-uniforme belichtingsomstandigheden te maximaliseren, bouwen we geavanceerde 'slimme' PV-modules die in staat zijn om verschillende niet-serie topologieën dynamisch in te stellen. Deze modules zijn georganiseerd in kleine groepen cellen (celstrings) die onderling of in serie of parallel kunnen worden verbonden door middel van herconfiguratieschakelaars. Intra-module (lokale) converters worden gebruikt om een geschikt stroom- en spanningsniveau te waarborgen en een directe controle van het werkpunt van de celreeks mogelijk te maken. Ontwerp en realisatie van dergelijke herconfigureerbare modules gaat verder dan de huidige state-of-the-art. Allereerst zijn er nieuwe DC / DC-converters nodig. Het ontwerp van het circuit is een uitdaging, omdat hoge stroomniveaus worden verwacht als gevolg van parallelle aansluiting van cellijnen, terwijl een sterke minimalisering van de kosten samen met aanvaardbare verliezen en efficiëntie vereist zijn. Dat wordt niet bereikt door commerciële module- en submodule-niveau stroomomvormers, die normaal worden beoordeeld voor lagere stroomniveaus, namelijk de stroom van een enkele cel, en worden geleverd met aanzienlijk hogere kosten. Het oplossen van deze uitdaging zal de weg vrijmaken voor de realisatie van innovatieve gebouwgeïntegreerde PV-systemen, die een aanzienlijk hogere energieopbrengst laten zien, met behoud van redelijke kosten. Hetzelfde geldt voor voertuigen op zonne-energie, waarbij niet-uniformiteit tussen PV-elementen gebruikelijk is. Ook is het toepassingsgebied niet beperkt tot fotovoltaïsche systemen. Dergelijke converters kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt voor het implementeren van kosteneffectieve herconfigureerbare batterijsystemen. Het doel van deze Ph.D. project is om dergelijke nieuwe DC / DC-omzetters te ontwerpen, om te worden gebruikt als lokale converters voor herconfigureerbare PV-modules. Zowel PCB-niveau en volledig geïntegreerde oplossing zal worden onderzocht. Ook zullen zowel conventionele siliciuminrichtingen als halfgeleiders met brede bandafstand, zoals GaN en SiC, worden beschouwd.