光儲(chǔ)行業(yè)的新引擎:碳化硅正崛起
2024-09-24 11:23:02
天凈隆鼎碳化硅
在新能源汽車市場(chǎng)之外,碳化硅正迅速成為光儲(chǔ)領(lǐng)域的新寵。
隨著光儲(chǔ)系統(tǒng)不斷追求更高功率密度、更高效率、更高電壓和更大過(guò)載能力,碳化硅以其卓越的耐高壓、耐高溫和高效率特性,正受到光儲(chǔ)行業(yè)的日益青睞。
01
碳化硅在光儲(chǔ)逆變器中的需求迅速增長(zhǎng)
近兩年,光儲(chǔ)逆變器行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈,技術(shù)創(chuàng)新成為提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。由此,碳化硅在光儲(chǔ)逆變器中的應(yīng)用需求也逐漸旺盛。
從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,光儲(chǔ)逆變器正朝著高轉(zhuǎn)換效率、高功率密度、低能量損耗和系統(tǒng)體積縮小的方向發(fā)展,而碳化硅功率器件的高頻、高溫、高壓特性與這一趨勢(shì)高度契合,有助于推動(dòng)光儲(chǔ)逆變器朝更高效、更可靠、成本更低的目標(biāo)邁進(jìn)。
碳化硅在光儲(chǔ)行業(yè)的規(guī)模應(yīng)用可追溯至本世紀(jì)初。當(dāng)時(shí)光伏逆變器廠商開(kāi)始采用碳化硅二極管(SiC SBD)替代傳統(tǒng)硅基器件。盡管碳化硅器件的成本相對(duì)較高,但其在小規(guī)模光伏系統(tǒng)中的應(yīng)用已顯示出顯著優(yōu)勢(shì)。
全球?qū)稍偕茉吹恼叻龀趾蛯?duì)高效能源管理方案的需求不斷增長(zhǎng),促使國(guó)際領(lǐng)先企業(yè)率先推出應(yīng)用于光伏逆變器的SiC MOSFET方案,其性能優(yōu)勢(shì)相比SiC SBD進(jìn)一步凸顯。
如今,中國(guó)企業(yè)在產(chǎn)品創(chuàng)新、技術(shù)研發(fā)和解決方案的提供方面已步入全球領(lǐng)先行列,并不斷推動(dòng)SiC MOSFET的應(yīng)用,以滿足市場(chǎng)對(duì)高效、高性能光儲(chǔ)逆變器的需求。
例如,陽(yáng)光電源(75.620, -1.16, -1.51%)在2014年推出了首款搭載SiC MOSFET的光伏逆變器,并在2017年實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化應(yīng)用。近兩年,國(guó)內(nèi)更多光伏逆變器廠商推出了基于SiC MOSFET的解決方案。
02
光儲(chǔ)行業(yè)為何青睞碳化硅?
為何碳化硅能晉升為光儲(chǔ)行業(yè)的新寵?
歸納來(lái)看,碳化硅可以為光儲(chǔ)系統(tǒng)帶來(lái)三大顯著優(yōu)勢(shì):更低的能量轉(zhuǎn)化損耗和更高的效率,更高的功率密度和更小的體積,以及更簡(jiǎn)單的系統(tǒng)拓?fù)浜透俚钠骷?/div>
首先,碳化硅器件在高頻、高壓、高溫等應(yīng)用場(chǎng)景表現(xiàn)出色。SiC MOSFET在開(kāi)關(guān)過(guò)程中沒(méi)有拖尾電流,降低了開(kāi)關(guān)損耗,從而減小了散熱器體積,提高了整體效率。
我們從一些成功案例看到,使用SiC技術(shù)可以將轉(zhuǎn)換效率從96%提升至99%以上,能量損耗降低50%以上。
其次,碳化硅的導(dǎo)通電阻低,有助于減小器件尺寸,同時(shí)保持高電流和電壓容量,從而實(shí)現(xiàn)更高的功率密度。通常來(lái)說(shuō),SiC MOSFET的尺寸僅為硅基MOSFET的1/10,這使得碳化硅器件在光儲(chǔ)逆變器系統(tǒng)中的集成度與可靠性得到顯著提升,進(jìn)而減少系統(tǒng)的體積和重量,提升功率密度。
研究表明,隨著碳化硅技術(shù)的進(jìn)步,預(yù)計(jì)到2025年逆變器功率密度將提升50%以上。
另外,碳化硅器件的高溫、高頻特性允許設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)化的電路拓?fù)?,減少所需的無(wú)源器件數(shù)量,如電感、電容等,從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì),同時(shí),SiC器件的高溫工作能力減少了對(duì)復(fù)雜冷卻系統(tǒng)的需求,進(jìn)一步簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
有數(shù)據(jù)表明,使用碳化硅的光儲(chǔ)逆變器可以比硅基逆變器輕3-10倍,從而有效降低了安裝的系統(tǒng)成本。
碳化硅以上的顯著優(yōu)勢(shì)使其在高壓光伏系統(tǒng)中的應(yīng)用尤為突出。在當(dāng)前主流的1500V-2000V光伏系統(tǒng)中,采用碳化硅器件不僅能夠支持更高的電壓水平,還能有效減少系統(tǒng)內(nèi)的電流,進(jìn)而顯著降低線路損耗及整體系統(tǒng)成本。
因此,盡管碳化硅器件的初始成本較高,但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,其卓越的效率和可靠性將帶來(lái)更高的回報(bào),同時(shí)減少維護(hù)及更換的頻率和成本,這樣在整個(gè)光儲(chǔ)系統(tǒng)的生命周期內(nèi)能夠有效降低綜合成本,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。
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