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【原創(chuàng)】光伏擁抱碳化硅:不辜負(fù)每一縷陽光,!


來源:中國粉體網(wǎng)   山川

[導(dǎo)讀]  碳化硅器件用于光伏發(fā)電是個好選擇,。

中國粉體網(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�,?梢灶A(yù)見的是,,光伏發(fā)電的大量推廣將會對能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的治理帶來積極影響。


圖片來源:pixabay


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(yīng)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(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(qiáng)度:SiC的擊穿電場強(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)一步簡化散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì),,能有效延長器件壽命。


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(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(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


(中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川)

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