Dimensionamento e simulazione di un microinverter in tecnologia GaN

La produzione di energia mediante sistemi fotovoltaici sta diventando sempre più importante in una società in cui la necessità di energia elettrica pulita continua ad aumentare. In quest’ottica l’efficienza della conversione energetica solare è di fondamentale importanza. Gli impianti fotovoltaici attuali sono generalmente costituiti da diversi moduli solari collegati ad un unico circuito che si occupa della conversione della corrente da continua ad alternata sinusoidale, la cosiddetta configurazione a inverter centrale. Tuttavia, questo approccio presenta dei limiti in termini di efficienza per via di problemi quali lo Shading e il Soiling, causando perdite considerevoli sul singolo pannello. Per ridurre tali problematiche, una configurazione a micro-inverter, ovvero collegando ad ogni modulo fotovoltaico un relativo circuito convertitore, permette di raggiungere efficienze più elevate. Tuttavia, il costo rappresenta comunque un problema quando si compete non solo con inverter di stringa o centrali ma anche con le fonti energetiche fossili. D’altro canto, il costo principale di un micro-inverter è generalmente legato agli elementi di gestione del calore piuttosto che ai componenti del convertitore. Aumentando l’efficienza di conversione si riducono le richieste di rimozione del calore abbattendo il costo del dispositivo. A tal proposito viene introdotto il Nitruro di Gallio (GaN), un materiale alternativo al Silicio (Si) utilizzato per la realizzazione di transistori e diodi di potenza. Tale materiale è di fondamentale importanza poiché permette di aumentare l’efficienza della conversione energetica e di diminuire ulteriormente le dimensioni dei micro-inverter, grazie all’utilizzo di frequenze di funzionamento molto elevate. Per verificare la veridicità delle ipotesi sopra descritte, un micro-inverter fotovoltaico in tecnologia GaN è stato dimensionato e simulato con il software LTspice.