科普 | 碳化硅功率器件与光伏逆变器的未来

2024-07-23 SMC(桑德斯微电子公众号)
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光伏发电是碳化硅器件除电动汽车以外的第二大应用领域。光伏逆变器作为光伏电站的转换设备,主要作用是将太阳电池组件产生的直流电转化为交流电。


逆变器与光伏

通俗来说,逆变器是一种将直流电转化为交流电的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成,将低压直流电转变为220V交流电。通常,人们使用转换器/整流器将交流电整流变为直流电,而逆变器的作用与此相反,因此得名。

逆变器作为光伏电站的电能转换设备,占据举足轻重的地位。光伏逆变器是将组件产生的低压直流电转换为交流电的电力电子设备,接入负载或者并入到电网中,是光伏系统的核心器件。


目前,主流逆变器分为四类:

  • 集中式逆变器(功率范围在250KW-10MW,主要用于大型地面电站)

  • 集散式逆变器(功率范围在1MW-10MW,主要用于复杂的大型地面电站)

  • 组串式逆变器(功率范围1.5KW-250KW,主要用于户用电站、工商业分布式电站和地面电站等)

  • 微型逆变器(功率范围一般在4kW以下,主要应用于分布式等中小型电站,基于对光伏安全问题考虑,也越来越多被应用于大型工商业分布式电站)


其中,微型逆变器可对系统中每块组件进行逆变并进行独立的MPPT控制,能够大幅提高整体效率,同时也可以避免传统逆变器具有的直流高压、弱光效应差、木桶效应等。

光伏逆变器基于其稳定性与安全性,为光伏发电系统中的核心设备,其中光伏逆变器依托MPPT技术实现光伏列阵输出功率最大化。

 

目前,光伏逆变器的重点研发方向是提高体积功率密度(W/m3)和比功率(W/kg),从而最大限度降低成本。


碳化硅与光伏逆变器

随着光伏产业迈入“大组件、大逆变器、大跨度支架、大组串”的时代,光伏电站电压等级将从1000V提升至1500V及以上,因此对功率器件的物理性能提出了更高的要求。此时,碳化硅材料进入了光伏整个市场的视野当中。


在光伏发电中,虽然以硅基器件为主的传统逆变器成本约占系统10%左右,但它却是系统能量损耗的主要来源之一。相比于硅基IGBT,SiC MOS具有更低的导通和开关损耗、无电流拖尾现象、高开关速度等优点,并且可以在高温或其它极端工况中工作,有利于提高光伏逆变器使用寿命。


基于其优异的性能,碳化硅在光伏领域的应用逐渐成熟。伴随市场渗透率的进一步提升,其有望逐渐替代硅基IGBT在光伏逆变器上的应用。

发展可再生能源是中国长期战略目标之一。光伏发电作为其中重要的绿色环保发电方式,发展前景十分广阔。


随着新能源替代传统燃料步伐加速,逆变器向高效率、高功率密度、高可靠性等方向发展,具备高功率、耐高压、 耐高温、高频和低能耗等优点的碳化硅功率器件将迎来更广阔的应用。


SMC桑德斯微电子根据客户的需求设计和生产半导体及相关产品。


2015年,SMC布局碳化硅产品的设计、研发与制造,并推出了一系列节能可靠、高性价比的大功率碳化硅产品器件,可广泛运用于包括新能源汽车、光伏、储能、电源等各个领域。

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中电国基南方(CETC)SiC电力电子器件选型指南

描述- 中电国基南方是国内最早从事SiC电力电子器件研发和生产的企业。在SiC为代表的第三代功率半导体领域承担了国家科技重大专项、“863”、“973”、国家重点研发计划等超过80项国家级课题;申请发明专利超过200多项,其中PCT10项,已授权67项。产品系列电压覆盖650V-6500V,电流覆盖2A-150A,产品性能和可靠性满足多种应用需求,已广泛应用于新能源汽车及充电设备、轨道交通、新能源发电、电网传输、家用电子设备等领域。

型号- WS4A020120A,WS4A050065D,WMH075M120A1A,WS4A050065B,WS4A020120B-V,WS4A020120B,WS4A020120D,WS4A040120K,WMIT075M120B1A,WS4A040120D,WM2HA020065Y,WS4A040120B,WMT075M120B1A,WMH020M065A1A,WS4A030065D,WS4A020120J,WS4A040120B-V,WS4A020120K,WS4A030065J,WS4A025170B,WS4A025170D,WS4A030065B,WM2A030065L,WM2A030065K,WS4A030065K,WS4A050170B-V,WMD075M120B1A,WM2HV020170L,WS4A006065F,WM2HV020170K,WS4A006065E,WS4A004065A0,WS4A006065B,WS4A006065A,WS4A010065E,WS4A015065J,WS4A010065F,WS4A010065A,WS4A015065F,WS4A010065B,WM2A080170N,WM2A080170L,WM2A080170K,WM2HV140120N,WM2HV140120L,WM2HV040065L,WM2HV040065K,WM2HA040120N,WM2HA040120L,WM2HA040120K,WM2A060065N,WM2A060065K,WM2HV040065N,WM2A060065L,WS4A050170B,WM2A060065Y,WM2HA030120N,WM2HA030120K,WS4A050170D,WM2HA030120L,WM2HA020120K,WM2HV140120K,WS4A005120E,WM2HA020120L,WM2A040120L,WM2HV020120N,WM2HA020120N,WM2HV020120K,WM2HV020120L,WM2A040120K,WS4A010065J,WS4A015120J,WS4A015120D,WM2V080170K,WS4A050065B-V,WS4A005120A,WS4A005120B,WMH016M120A1A,WM2V080170L,WM2HA040065N,WM2V080170N,WM2HA040065L,WM2HA040065K,WS4A020065A,WS4A020065D,WS4A020065B,WM2HV030120K,WS4A020065B-V,WM2HA040065Y,WS4A020065F,WS4A015120A,WM2V040120L,WM2V040120K,WS4A015120B,WMH060M120A1A,WM2HA011075K,WM2HA011075L,WM2HA04006Y,WM2HV030120N,WS4A060120D,WS4A020065K,WM2HV030120L,WS4A020065J,WM2HA024200LP,WS4A060120K,WM2V040170L,WM2V040170N,WS4A025170B-V,WM2V040170K,WMH080M170A1A,WS4A030120K,WS4A030120B-V,WM2HV060120L,WM2HV060120K,WM2HV060120N,WMIT040M120B1A,WM2HV011075L,WM2HV011075K,WS4A200120T,WMT040M120B1A,WM2HA240120N,WS4A010120E,WS4A004065F0,WS4A010120D,WS4A010120B,WS4A010120A,WM2A050330L,WM2HA240120E,WS4A008065B,WM2HV040120L,WS4A060065K,WS4A008065A,WMD040M120B1A,WS4A008065F,WS4A008065E,WM2HA140120L,WSXAXXXXXX0,WM2HA140120K,WM2HA140120N,WS4A050120D,WS4A050120B,WMH040M120A1A,WM2HV016120L,WM2HV016120K,WM2HA020170L,WS4A010120J,WM2HA020170K,WS4A040065K,WS4A050120B-V,WMH060M075A1A,WS4A015065A,WS4A015065B,WM1A650170N,WM1A650170K,WM2A075120K,WM2A075120L,WM2A075120N,WM2V020065N,WM2V020065K,WM2V020065L,WS4A004065B0,WS4A004065E0,WMXAXXXXXX0,WM2V075120N,WM2HA060120K,WM2V075120K,WM2HA060120L,WM2V075120L,WM1A080120K1,WM2HA060120N,WM2HV075120L,WM2HA020065K,WS4A030065B-V,WM2HA020065L,WM2A040170K,WM2A040170L,WM2A040170N,WM2HA016120L,WM2HA016120K,WM2HA020065N,WM2HA016120T,WM2A060090N,WMH020M120A1A,WM2A060090K,WM1A080120L1,WM2A060090L,WM2A100200LP,WM1A01K170K,WS4A030120D,WM2A050200LP,WM2A020065L,WM2A020065K,WM2A020065N,WM1A01K170N,WS4A030120B

选型指南  -  中电国基南方  - 2024/7/30 PDF 中文 下载

【元件】瞻芯电子推出2000V SiC MOSFET和SBD,助力高压光伏逆变器系统

为满足光伏、储能和电网等领域对更高耐压等级功率器件需要,瞻芯电子开发2000V碳化硅(SiC)MOSFET和SBD工艺平台。首批2款产品通过严格可靠性认证,并正式推向市场。目前已有客户导入新产品测试,进入整机验证阶段。

产品    发布时间 : 2024-10-09

SiC器件在电动汽车无线充电的应用及技术优势

无线电能传输技术是一种新兴的充电技术,通过电磁感应原理将电能从发射侧装置传输到接收侧装置中,再通过功率变换电路给负载进行充电,从而实现非接触式充电。近年来,电动汽车无线充电技术备受关注,并逐步走向商业化应用。本文将重点探讨碳化硅器件在电动汽车无线充电的应用及技术优势。

应用方案    发布时间 : 2024-09-06

【视频】蓉矽高可靠性SiC功率器件在光储充与新能源汽车上的应用

型号- NCD30S40TTD,NC1M120C12HT,NC1M120C12W,NC1D120C10AT,NCD30S20TTD,NC1D120C20KT,NC1D120C30KT,NC1M120C40HT,NC1M120C75HT

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华太(Watech)功率器件产品选型指南

目录- 功率器件介绍和产品系列    功率器件   

型号- HDW30S120B,HDP06S065A,HDW30S065A,HMZ040S120A,HMZ080S120A,HKW40N120FHEA,HDD04S065A,HMW080S120A,HKW40N120FHRA,HKZ75N65SHRA,HKW75N65SHRA,HMW1KS170A,HDW20S120A,HDD06S065A,HDW20S120B,HDW12S170A,HDW20S065B,HKZ75N65SHEA,HMBF1KS170A,HMW040S120A,HDF10S065A,HKW75N65SHEA,HDD10S120A,HDW40S120A,HDW40S120B

选型指南  -  华太  - 2022/8/22 PDF 中文 下载

瑞之辰:光伏巨头入局碳化硅(SiC)促进产业整合

在当今科技产业的舞台上,碳化硅(SiC)产业呈现出一片蓬勃发展的喜人态势,吸引了众多车企、LED厂商等跨界玩家入局。而部分光伏巨头的加入,让这场没有硝烟的战局愈加激烈。作为主营碳化硅(SiC)功率器件的高科技公司,瑞之辰解读:光伏企业与SiC厂商合作,共同开发原材料和设备,产业整合将成为发展趋势。 光伏与碳化硅(SiC)产业“此消彼长”通威集团、合盛硅业、高测股份、捷佳伟创、迈为股份等主流光伏厂商

行业资讯    发布时间 : 2024-09-05

【视频】SMC 650V、1200V SIC二极管产品,均已过车规认证,具有更低的反向电流、更高的IFSM

型号- S4D05120E,S4D02120A,SDURS30Q60W,1N5819,SDUR60Q60W,S4D02120E,S4D05120G

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【选型】捷捷微电推出专为光伏逆变器设计的光耦产品,可实现输入输出的完全电器隔离

​江苏捷捷微电子股份有限公司是一家专业从事半导体分立器件、电力电子元器件研发、制造和销售的江苏省高新技术企业,同时也是国内生产“方片式”单、双向可控硅最早及品种最齐全的厂家之一。本文主要介绍江苏捷捷微电子产品在光伏逆变器应用方案,详细内容如下。

器件选型    发布时间 : 2023-01-18

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