光伏儲能市場一觸即發(fā)！碳化硅光伏逆變器風(fēng)光無限

據(jù)統(tǒng)計，截至2021年三季度，我國光伏發(fā)電累計裝機量達(dá)275GW，同比增長25%，累計新增裝機量 22GW，同比增長 45%。并在十四五規(guī)劃中明確指出，到2025年我國光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機量有望突破400GW大關(guān)。

如今光伏產(chǎn)業(yè)已邁入快速成長階段，并帶來了數(shù)百億的市場規(guī)模。得益于光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在光伏儲能系統(tǒng)中構(gòu)建成本將近兩成的光伏逆變器也迎來了發(fā)展的新契機，吸引了不少玩家進(jìn)入光伏儲能逆變器這一賽道中激烈的角逐。

從行業(yè)發(fā)展角度與能源利用率來看，碳化硅光伏逆變器有望替代傳統(tǒng)的硅基光伏逆變器，并成為行業(yè)發(fā)展的重點。據(jù)了解，使用碳化硅功率器件的光伏逆變器在系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率方面能夠很好的保持在96%以上，甚至可以達(dá)到99%，在能量損耗以及設(shè)備使用壽命方面也得到了不同程度的優(yōu)化。根據(jù) CASA 預(yù)測，到2048年在光伏逆變器中，高效、低損耗的碳化硅功率器件占比有望達(dá)到85%以上。

截至目前，在光伏逆變器領(lǐng)域中英飛凌、富士電機、三菱電機、安森美、陽光電源等一眾企業(yè)就碳化硅的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)行了深入的布局，并成功開發(fā)出了量產(chǎn)產(chǎn)品。

被陽光電源采納的英飛凌1500V光伏逆變器的碳化硅模塊

英飛凌早已嗅到碳化硅帶來的商機，并依托在硅基功率器件領(lǐng)域的決定性優(yōu)勢，大力發(fā)展碳化硅功率器件。

截至目前，英飛凌在碳化硅領(lǐng)域已經(jīng)積累了將近20年的研發(fā)經(jīng)驗，于2002年英飛凌推出了業(yè)界首款碳化硅的肖特基級二極管，2010年推出了基于碳化硅的分立器件，2012年成功開發(fā)出了面向光伏逆變器應(yīng)用的1200V碳化硅JFET“CoolSiC產(chǎn)品群”，并于同年進(jìn)入投產(chǎn)階段。在2016年又實現(xiàn)了新的突破，推出了面向光伏逆變器應(yīng)用且基于CoolSiC溝槽柵設(shè)計的碳化硅MOSFET產(chǎn)品，助力終端應(yīng)用小型化，提高產(chǎn)品的功率密度與轉(zhuǎn)換效率，壓縮系統(tǒng)成本。

2020年，英飛凌為陽光電源打造了一款定制化的EasyPACK? 3B模塊，并成功運用在了陽光電源的SG250HX系列組串式逆變器中，支持1500Vdc和800Vac的高壓應(yīng)用，系統(tǒng)效率最高可達(dá)到99%。

這款定制型的EasyPACK? 3B模塊融合了英飛凌在硅與碳化硅兩大領(lǐng)域的優(yōu)勢技術(shù)，模塊內(nèi)部集成了額定電流為400A的ANPC IGBT模塊，耐壓等級為1200V的CoolSiC?肖特基二極管，發(fā)射基級二極管以及一個三電平的IGBT模塊構(gòu)成。該模塊采用了安全可靠的壓接工藝，簡化了模塊的安裝流程，減少了機械固定的工作量。

得益于英飛凌的技術(shù)支持，實現(xiàn)了陽光電源250kW逆變器SG250HX小型化、輕量化的設(shè)計，逆變器的尺寸為1051x660x363mm，質(zhì)量也控制在了100kg以內(nèi)，功率密度也達(dá)到了1000W/L。

被臺達(dá)光伏逆變器采納的安森美全碳化硅功率模塊

此前，安森美推出了一款全碳化硅集成的功率模塊NXH40B120MNQ，該功率模塊是專為光伏逆變器應(yīng)用研發(fā)的一款產(chǎn)品，能夠滿足在光伏儲能應(yīng)用中實現(xiàn)高功率效率所需的低反向恢復(fù)電流和快速導(dǎo)通與關(guān)斷功能，側(cè)面地展示了安森美在碳化硅功率器件領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢。

功率模塊拓?fù)?圖源：安森美

上圖為該全碳化硅功率模塊的內(nèi)部電路拓?fù)洌K內(nèi)部由兩個相互獨立升壓級和一個熱敏電阻構(gòu)成，其中MOSFET采用的是耐壓等級為1200V，導(dǎo)通電阻為40mΩ的碳化硅MOSFET。在各個升壓級處還包含了一個1200V/40A碳化硅升壓二極管，以及兩個1200V/50A的旁路整流器用于控制浪涌電流。在該電路中引入全碳化硅的功率器件，能夠使該集成模塊支持更高的開關(guān)頻率和更低的導(dǎo)通電阻，實現(xiàn)降低開關(guān)損耗，將電源轉(zhuǎn)換的能效實現(xiàn)最大化。同時更高的開關(guān)頻率有助于減小光伏逆變器的體積與設(shè)計成本。

目前這款全碳化硅的功率模塊已經(jīng)被臺達(dá)的三相光伏組串式逆變器產(chǎn)品組合M70A所采用，并且在實際應(yīng)用中能量轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)98.8%。

結(jié)語

耐高溫/高壓、高頻、大功率的電氣特性使碳化硅成為電力電子、射頻等領(lǐng)域的寵兒，并且新能源汽車、光伏儲能、充電樁等終端設(shè)備對碳化硅技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，在全球碳中和的驅(qū)動背景下，碳化硅的應(yīng)用與市場規(guī)模將會上升到一個新的高度。

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