中國粉體網訊  隨著全球能源需求的日益增加，以石油、煤炭和天然氣為主的化石能源終有耗盡的一天，除此之外，化石能源在使用過程中也會造成嚴重的環(huán)境污染。為了解決上述問題，太陽能、風能，水能、核能等可再生能源引起了人們的重視。

01.逆變器與光伏

利用太陽能的主要方式是光伏發(fā)電，與其他發(fā)電技術相比，光伏發(fā)電具有綠色環(huán)保、太陽能資源充足、發(fā)電過程安全可靠、發(fā)電設備安裝運輸方便等優(yōu)勢�？梢灶A見的是，光伏發(fā)電的大量推廣將會對能源危機和環(huán)境危機的治理帶來積極影響。

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然而，我們每天都能見到的太陽能是免費的，但如何實現(xiàn)高效率的轉化呢？

根據光伏發(fā)電原理可知，當太陽光照射到光伏組件(如太陽能電池板)時，光子與光伏材料中的電子相互作用，導致電子從材料中逸出，形成光生電流，這個光生電流是直流電。由于大部分用電設備都以交流供電為主，因此光伏陣列發(fā)出的直流電不能被直接使用，需要將直流電轉換為交流電實現(xiàn)光伏并網發(fā)電。

而實現(xiàn)以上目的的關鍵器件即逆變器，因此光伏并網逆變器是光伏發(fā)電技術的核心，逆變器的工作效率很大程度上決定了太陽能的利用效率。

02.碳化硅“逐光”

功率器件是光伏并網逆變器的核心部件。現(xiàn)如今在電氣行業(yè)中使用的各種半導體器件多以硅(Si)材料為基礎，已經發(fā)展得相當成熟。Si是一種半導體材料，被廣泛應用于各種電子管和集成電路。隨著電力半導體器件使用場合日益豐富，在一些對性能要求較高以及工作環(huán)境較惡劣的應用場合，硅器件的使用便受到限制，這就要求人們開發(fā)性能更優(yōu)越的半導體器件，于是，碳化硅（SiC）等寬禁帶半導體器件應運而生。

碳化硅與硅性能對比

相比于硅基器件，碳化硅器件表現(xiàn)出一系列引人注目的優(yōu)異特性：

(1)高擊穿電場強度：SiC的擊穿電場強度是Si的10倍左右，使得SiC器件擁有更高的阻斷電壓，可工作于更高的電場條件下，有助于提高功率密度。

(2)寬帶隙：SiC在室溫下具有較低的本征載流子濃度，這將在導通狀態(tài)下導致更低的導通電阻。

(3)高飽和漂移速度：SiC具有較高的電子飽和漂移速度，有助于其在開關過程中更快地達到穩(wěn)態(tài)，減小開關過程中的能量損耗。

(4)高熱導率：SiC具有更高的熱導率，這將帶來功率密度的顯著提升，同時進一步簡化散熱系統(tǒng)的設計，能有效延長器件壽命。

碳化硅器件在光伏中的應用

而在光伏發(fā)電實際應用中，基于硅基器件的傳統(tǒng)逆變器成本約占系統(tǒng)10%左右，卻是系統(tǒng)能量損耗的主要來源之一。使用SiC MOSFET或SiC MOSFET與SiC SBD結合的功率模塊的光伏逆變器，轉換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設備循環(huán)壽命提升50倍，從而能夠縮小系統(tǒng)體積、增加功率密度、延長器件使用壽命、降低生產成本。

總之，碳化硅功率器件，為實現(xiàn)光伏逆變器的“高轉換效率”和“低能耗”提供了所需的低反向恢復和快速開關特性，對提升光伏逆變器功率密度、進一步降低度電成本至關重要。

小結

2019年，陽光電源在國際光伏歐洲展上首次推出了SG250HX型號光伏組串式逆變器，該款逆變器采用了英飛凌公司碳化硅技術，支持1500V高壓直流輸入和800V交流電壓輸出，系統(tǒng)效率最高可達到99%，僅重95kg，尺寸為1051mm×660mm×363mm，功率密度達1000W/L；臺達M70A系列三相光伏組串逆變器產品也采用了安森美半導體的碳化硅技術，能量轉換效率最高可達98.8%。截至目前，已有多家逆變器廠商的產品采用了碳化硅技術。

另據華為發(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，直流電壓已經由1100V提升到1500V，預計未來五年逆變器的功率密度將再提升50%，在此高性能要求背景下，碳化硅將“大行其道”。

參考來源：

[1]甘季偉.基于碳化硅MOSFET的雙接地非隔離三相光伏逆變器的研究

[2]馬文杰.光伏直流微電網碳化硅高壓變換器拓撲及效率優(yōu)化研究

[3]李寒江.基于碳化硅MOSFET的光伏并網逆變器及其控制策略研究

[4]粉體大數據研究

（中國粉體網編輯整理/山川）

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