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,。可以預(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,。
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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,，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)換為交流電實現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電。
而實現(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,，同時進(jìn)一步簡化散熱系統(tǒng)的設(shè)計，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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