碳化硅“备战”光伏市场

点击蓝字关注我们

本文来源：中国电子报

在能源电子产业加速发展的背景下，全球光伏装机量持续攀升，为碳化硅带来可观的市场增量。Yole研报预计，应用于光伏发电及储能的碳化硅市场规模将在2025年达到3.14亿美元，2019—2025年复合增长率为17%。同时，光伏组件功率密度的持续提升，也对碳化硅器件性能提出了更高的要求。

要抓住光伏带来的市场机遇，碳化硅厂商还需要在产品综合性能、制备良率、供应链协作等多个维度发力。

光伏逆变器将光伏面板产生的直流电转化为交流电以用于电网，是太阳能光伏发电系统的核心部件。光伏逆变器的转化效率，直接影响整个光伏系统的发电效率。宽禁带半导体的长处正是更高的能源转化效率，其性能优势与光伏逆变器的迭代需求有着较高的契合度。

华为发布的智能光伏十大趋势显示，光伏电站向大功率、高可靠性发展已成为趋势。以光伏逆变器为例，直流电压已经由1100V提升到1500V。通过碳化硅、氮化镓等新材料的应用，以及将数字威廉希尔官方网站 与电力电子威廉希尔官方网站 、热管理威廉希尔官方网站 等充分结合，预计未来5年逆变器的功率密度将再提升50%。

安森美（onsemi）应用市场工程师贾鹏向《中国电子报》表示，基于碳化硅的光伏逆变系统能够在效率、体积和重量上做得更好。宽禁带材料的优异特性允许基于其制造的半导体器件在高频高温高压下工作，高频意味着更小的电感体积和高频条件下仍能接受的损耗，高温意味着更好的散热能力和更加紧凑的系统布局，高压则代表着更高的母线电压，将更大的传输功率或更小的由传输电流带来的线路损耗变为可能。

面向光伏逆变器功率更大、效率更高、体积更小、成本更低，以及组串式逆变器配置灵活、易于安装的发展方向，碳化硅供应商从多个威廉希尔官方网站 指标入手，持续提升器件性能。

提升光伏逆变器的最大直流母线电压，将提升光伏变电站的成本效益，这对碳化硅功率器件的电压等级提出了更高的要求。在1100 V的直流系统中，功率级别一般在8kW—150kW之间，100kW的低功率和中功率系统通常使用1200V和650V开关。当光伏逆变器从1100V做到1500V，功率器件的工作电压也随之提升。

例如安森美的EliteSiC系列（包括碳化硅MOSFET、碳化硅二极管），耐压范围为650V-1700V，可以覆盖目前的1100V和1500V的光伏逆变器系统。其中1700V SiC MOSFET对应1500V直流母线的光伏逆变器产品。

此外，缩小体积以降低成本也是光伏逆变器的演进趋势，尤其体现在微型逆变器和组串式逆变器上，碳化硅器件也需要做得更加紧凑并解决由此带来的散热问题。

安森美推出了首款TOLL封装650V SiC MOSFET，适配小尺寸高功率密度的产品，TOLL封装的尺寸仅为9.9mm×11.68mm，比D2PAK封装的PCB面积节省30%，同时具有更好的散热和寄生电感。

要抓住光伏带来的市场机遇，碳化硅厂商需要在产品综合性能、制备良率、供应链协作等多个维度发力。

贾鹏向记者指出，碳化硅是世界上第三硬的复合材料，且非常易碎，因此要注重碳化硅制备过程中的良率和质量。

“随着碳化硅威廉希尔官方网站 的不断成熟和降本，大部分光伏逆变器中的超结MOSFET和IGBT会被替代，这对于整条碳化硅产业链来说是一个巨大的市场。然而，在扩大量产能力的同时保持良率和质量对于任何一家半导体公司都是一种挑战，因此半导体企业会持续投资建厂或与龙头客户签订长期供应协议。如安森美等提供从晶圆到方案的碳化硅供应商，除了做好生产供应之外，还需要和客户一起研究实际应用中碰到的问题，比如碳化硅替代后的散热方案以及高频工作带来的其它干扰等等。”贾鹏说。