點擊藍字關注我們

本文來源：中國電子報

在能源電子產業(yè)加速發(fā)展的背景下，全球光伏裝機量持續(xù)攀升，為碳化硅帶來可觀的市場增量。Yole研報預計，應用于光伏發(fā)電及儲能的碳化硅市場規(guī)模將在2025年達到3.14億美元，2019—2025年復合增長率為17%。同時，光伏組件功率密度的持續(xù)提升，也對碳化硅器件性能提出了更高的要求。

要抓住光伏帶來的市場機遇，碳化硅廠商還需要在產品綜合性能、制備良率、供應鏈協(xié)作等多個維度發(fā)力。

光伏逆變器將光伏面板產生的直流電轉化為交流電以用于電網(wǎng)，是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。光伏逆變器的轉化效率，直接影響整個光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率。寬禁帶半導體的長處正是更高的能源轉化效率，其性能優(yōu)勢與光伏逆變器的迭代需求有著較高的契合度。

華為發(fā)布的智能光伏十大趨勢顯示，光伏電站向大功率、高可靠性發(fā)展已成為趨勢。以光伏逆變器為例，直流電壓已經(jīng)由1100V提升到1500V。通過碳化硅、氮化鎵等新材料的應用，以及將數(shù)字技術與電力電子技術、熱管理技術等充分結合，預計未來5年逆變器的功率密度將再提升50%。

安森美（onsemi）應用市場工程師賈鵬向《中國電子報》表示，基于碳化硅的光伏逆變系統(tǒng)能夠在效率、體積和重量上做得更好。寬禁帶材料的優(yōu)異特性允許基于其制造的半導體器件在高頻高溫高壓下工作，高頻意味著更小的電感體積和高頻條件下仍能接受的損耗，高溫意味著更好的散熱能力和更加緊湊的系統(tǒng)布局，高壓則代表著更高的母線電壓，將更大的傳輸功率或更小的由傳輸電流帶來的線路損耗變?yōu)榭赡堋?/span>

面向光伏逆變器功率更大、效率更高、體積更小、成本更低，以及組串式逆變器配置靈活、易于安裝的發(fā)展方向，碳化硅供應商從多個技術指標入手，持續(xù)提升器件性能。

提升光伏逆變器的最大直流母線電壓，將提升光伏變電站的成本效益，這對碳化硅功率器件的電壓等級提出了更高的要求。在1100 V的直流系統(tǒng)中，功率級別一般在8kW—150kW之間，100kW的低功率和中功率系統(tǒng)通常使用1200V和650V開關。當光伏逆變器從1100V做到1500V，功率器件的工作電壓也隨之提升。

例如安森美的EliteSiC系列（包括碳化硅MOSFET、碳化硅二極管），耐壓范圍為650V-1700V，可以覆蓋目前的1100V和1500V的光伏逆變器系統(tǒng)。其中1700V SiC MOSFET對應1500V直流母線的光伏逆變器產品。

此外，縮小體積以降低成本也是光伏逆變器的演進趨勢，尤其體現(xiàn)在微型逆變器和組串式逆變器上，碳化硅器件也需要做得更加緊湊并解決由此帶來的散熱問題。

安森美推出了首款TOLL封裝650V SiC MOSFET，適配小尺寸高功率密度的產品，TOLL封裝的尺寸僅為9.9mm×11.68mm，比D2PAK封裝的PCB面積節(jié)省30%，同時具有更好的散熱和寄生電感。

要抓住光伏帶來的市場機遇，碳化硅廠商需要在產品綜合性能、制備良率、供應鏈協(xié)作等多個維度發(fā)力。

賈鵬向記者指出，碳化硅是世界上第三硬的復合材料，且非常易碎，因此要注重碳化硅制備過程中的良率和質量。

“隨著碳化硅技術的不斷成熟和降本，大部分光伏逆變器中的超結MOSFET和IGBT會被替代，這對于整條碳化硅產業(yè)鏈來說是一個巨大的市場。然而，在擴大量產能力的同時保持良率和質量對于任何一家半導體公司都是一種挑戰(zhàn)，因此半導體企業(yè)會持續(xù)投資建廠或與龍頭客戶簽訂長期供應協(xié)議。如安森美等提供從晶圓到方案的碳化硅供應商，除了做好生產供應之外，還需要和客戶一起研究實際應用中碰到的問題，比如碳化硅替代后的散熱方案以及高頻工作帶來的其它干擾等等?！辟Z鵬說。