中國(guó)粉體網(wǎng)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(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。為了解決上述問題，太陽能、風(fēng)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(shù)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(shè)備安裝運(yùn)輸方便等優(yōu)勢(shì)�？梢灶A(yù)見的是，光伏發(fā)電的大量推廣將會(huì)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)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(fèi)的，但如何實(shí)現(xiàn)高效率的轉(zhuǎn)化呢？
根據(jù)光伏發(fā)電原理可知，當(dāng)太陽光照射到光伏組件(如太陽能電池板)時(shí)，光子與光伏材料中的電子相互作用，導(dǎo)致電子從材料中逸出，形成光生電流，這個(gè)光生電流是直流電。由于大部分用電設(shè)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(zhuǎn)換為交流電實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電。
而實(shí)現(xiàn)以上目的的關(guān)鍵器件即逆變器，因此光伏并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電技術(shù)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(wǎng)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(dǎo)體器件多以硅(Si)材料為基礎(chǔ)，已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟。Si是一種半導(dǎo)體材料，被廣泛應(yīng)用于各種電子管和集成電路。隨著電力半導(dǎo)體器件使用場(chǎng)合日益豐富，在一些對(duì)性能要求較高以及工作環(huán)境較惡劣的應(yīng)用場(chǎng)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(dǎo)體器件，于是，碳化硅（SiC）等寬禁帶半導(dǎo)體器件應(yīng)運(yùn)而生。
碳化硅與硅性能對(duì)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(chǎng)強(qiáng)度：SiC的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)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(dǎo)通狀態(tài)下導(dǎo)致更低的導(dǎo)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(guān)過程中更快地達(dá)到穩(wěn)態(tài)，減小開關(guān)過程中的能量損耗。
(4)高熱導(dǎo)率：SiC具有更高的熱導(dǎo)率，這將帶來功率密度的顯著提升，同時(shí)進(jìn)一步簡(jiǎn)化散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能有效延長(zhǎng)器件壽命。
碳化硅器件在光伏中的應(yīng)用
而在光伏發(fā)電實(shí)際應(yīng)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(jié)合的功率模塊的光伏逆變器，轉(zhuǎn)換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設(shè)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(zhǎng)器件使用壽命、降低生產(chǎn)成本。
總之，碳化硅功率器件，為實(shí)現(xiàn)光伏逆變器的“高轉(zhuǎn)換效率”和“低能耗”提供了所需的低反向恢復(fù)和快速開關(guān)特性，對(duì)提升光伏逆變器功率密度、進(jìn)一步降低度電成本至關(guān)重要。
小結(jié)
2019年，陽光電源在國(guó)際光伏歐洲展上首次推出了SG250HX型號(hào)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(shù)，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(dá)到99%，僅重95kg，尺寸為1051mm×660mm×363mm，功率密度達(dá)1000W/L；臺(tái)達(dá)M70A系列三相光伏組串逆變器產(chǎn)品也采用了安森美半導(dǎo)體的碳化硅技術(shù)，能量轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)98.8%。截至目前，已有多家逆變器廠商的產(chǎn)品采用了碳化硅技術(shù)。
另據(jù)華為發(fā)布的智能光伏十大趨勢(shì)顯示，光伏電站向大功率、高可靠性發(fā)展已成為趨勢(shì)，以光伏逆變器為例，直流電壓已經(jīng)由1100V提升到1500V，預(yù)計(jì)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(wǎng)碳化硅高壓變換器拓?fù)浼靶蕛?yōu)化研究
[3]李寒江.基于碳化硅MOSFET的光伏并網(wǎng)逆變器及其控制策略研究
[4]粉體大數(shù)據(jù)研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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