온세미, 업그레이드된 실리콘(Si)과 실리콘 카바이드(SiC) 하이브리드 솔루션 전력 모듈 출시

설치 공간 줄이고 전력 출력 15% 증가

지능형 전력 및 센싱 기술의 선도 기업인 온세미(Onsemi)는 최신 세대 실리콘(Si)과 실리콘 카바이드(SiC)가 결합된 하이브리드 전력 통합 모듈(PIM)을 F5BP 패키지로 출시한다고 발표했다.

이는 유틸리티 규모의 태양광 스트링 인버터 또는 에너지 저장 시스템(ESS) 애플리케이션의 전력 출력을 높이는 데 적합하다. 해당 모듈은 이전 세대보다 동일한 설치 공간에서 더 높은 전력 밀도와 효율을 제공해, 태양광 인버터의 총 시스템 전력을 300kW에서 최대 350kW까지 증가시킨다. 즉, 최신 세대 모듈을 사용하는 1기가와트(GW) 용량의 유틸리티 규모 태양광 발전소는 시간당 약 2메가와트(MW)의 에너지를 절약할 수 있다.

이는 연간 700가구 이상에 전력을 공급하는 것과 동일한 양이다. 또한 이전 세대와 동일한 전력 임계값을 달성하는 데 필요한 모듈수가 줄어들어, 전력 디바이스 부품 비용을 25% 이상 절감할 수 있다.

태양광 발전은 가장 낮은 균등화 발전비용(LCOE)을 달성하면서 전 세계적으로 재생 가능 발전으로 점점 더 각광받고 있다. 또한 유틸리티 사업자들은 태양광 발전의 변동성을 보완하기 위해 대규모 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)을 추가해 그리드에 안정적인 에너지 흐름을 보장한다.

이러한 시스템 조합을 지원하기 위해 제조업체와 유틸리티 사업자는 최대 효율과 안정적인 전력 변환을 제공하는 솔루션이 필요하다. 효율성이 0.1% 개선될 때마다 설치 용량 1GW당 연간 25만 달러의 운영 비용을 절감할 수 있다.

온세미 파워 솔루션 그룹 인더스트리얼 파워 부문 부사장인 스라반 바나파르시(Sravan Vanaparthy)는 “태양광에 의존하는 가변 에너지원으로서 피크와 오프피크 전력 수요 시 글로벌 그리드의 안정성과 신뢰성을 유지하기 위해서는 시스템 효율성, 신뢰성과 첨단 스토리지 솔루션의 지속적인 발전이 필요하다. 더욱 효율적인 인프라는 태양광 발전의 채택을 늘리고 더 많은 태양광 발전이 구축됨에 따라 에너지 낭비를 줄이고, 화석 연료에서 벗어날 수 있도록 보장한다”고 말했다.

F5BP-PIM은 1050V FS7 IGBT, 1200V D3 엘리트 실리콘 카바이드(EliteSiC) 다이오드와 통합돼 있다. 이는 고전압과 고전류 전력 변환을 쉽게 하면서 전력 손실을 줄이고, 안정성을 높이는 기반을 만들기 위함이다. FS7 IGBT는 턴오프 손실이 낮고 스위칭 손실을 최대 8%까지 줄여주며, EliteSiC 다이오드는 이전 세대에 비해 뛰어난 스위칭 성능과 15% 낮은 전압 포워드 전압(Forward voltage)를 제공한다.

이러한 PIM은 인버터 모듈에 혁신적인 I형 중성점 클램프(I-type Neutral Point Clamp, INPC)를 사용하고, 부스트 모듈에 플라잉 커패시터 토폴로지(flying capacitor topology)를 사용한다. 또한 최적화된 전기 레이아웃과 고급 DBC(Direct Bonded Copper) 기판을 사용해 부유 인덕턴스(stray inductance)와 열 저항을 줄인다.

구리 베이스 플레이트는 히트 싱크에 대한 열 저항을 9.3%까지 감소시켜, 높은 작동 부하에서도 모듈이 차갑게 유지되도록 한다. 이러한 열 관리는 모듈의 효율성과 수명 유지에 매우 중요하다. 따라서 안정적이고 지속적인 전력 공급이 필요한 까다로운 애플리케이션에도 매우 효과적이다.

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