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(chǔ)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(jī)，吸引了不少玩家進(jìn)入光伏儲(chǔ)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(diǎn)。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(jī)、三菱電機(jī)、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(jī)，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(yàn)，于2002年英飛凌推出了業(yè)界首款碳化硅的肖特基級(jí)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(shí)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(jì)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。

 

圖源：陽光電源

 

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(yùn)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(jí)為1200V的CoolSiC™肖特基二極管，發(fā)射基級(jí)二極管以及一個(gè)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(jī)械固定的工作量。

 

得益于英飛凌的技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)了陽光電源250kW逆變器SG250HX小型化、輕量化的設(shè)計(jì)，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(tái)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(chǔ)能應(yīng)用中實(shí)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(gè)相互獨(dú)立升壓級(jí)和一個(gè)熱敏電阻構(gòu)成，其中MOSFET采用的是耐壓等級(jí)為1200V，導(dǎo)通電阻為40mΩ的碳化硅MOSFET。在各個(gè)升壓級(jí)處還包含了一個(gè)1200V/40A碳化硅升壓二極管，以及兩個(gè)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(shí)現(xiàn)降低開關(guān)損耗，將電源轉(zhuǎn)換的能效實(shí)現(xiàn)最大化。同時(shí)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(jì)成本。

 

目前這款全碳化硅的功率模塊已經(jīng)被臺(tái)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(shí)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(chǔ)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(dòng)背景下，碳化硅的應(yīng)用與市場規(guī)模將會(huì)上升到一個(gè)新的高度。