0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

从太阳能到汽车:碳化硅推动实现可再生的未来

星星科技指导员 来源:wolfspeed 作者:wolfspeed 2023-05-19 11:52 次阅读

随着世界朝着更加绿色的可持续未来迈进,许多国家/地区正在减少化石燃料能源发电,转而使用可再生能源。2010 年至 2020 年,新型公用事业规模太阳能光伏 (PV) 项目的全球加权发电成本下降了 85%,陆上风电和海上风电的全球加权发电成本分别下降了 56% 和 48%。因此,可再生能源成为了几乎所有国家/地区增加能源产能的典型途径。2010 年至 2020 年,累计光伏装机(含离网)的复合年增长率 (CAGR) 达到 34%。

随着能源效率提升的步伐不断加快,这种增长势头还将继续。国际可再生能源机构(IRENA)的一份报告明确指出,如果要将全球变暖限制在 1.5°C 以内,每年需要削减 36.9 Gt 的二氧化碳排放,并建议在 2050 年前,设定每年分别新增 444 GW 和 248 GW 太阳能光伏和风能发电的目标。IRENA 估计,可再生能源和能源效率的显著提高均可为实现目标减排做出不低于 25% 的贡献,而另外的 20% 则可通过交通工具等应用的电气化来实现。

虽然新型风力涡轮机设计和钙钛矿型太阳能电池的研究正在推进能源转换效率到达极限,但联接可再生能源从发电到使用环节的功率半导体元件已经不再是利用太阳能驱动汽车的薄弱环节。在能源互联、分配和储存系统中,只需用碳化硅(SiC)取代传统的半导体威廉希尔官方网站 ,便可在尺寸、重量、功率和成本(SWaP-C) 方面获得巨大优势。

电力电子转换环节中的高效率

对于 5-15 kW 住宅单相和 30-100 kW 商业三相架构而言,太阳能电池板阵列可用于增加电压和减少连接与电缆的 I2R 损耗。通常,光伏阵列电压被提升到为储能系统(ESS)充电的稳压直流电压,这有助于克服太阳能发电中常见的功率波动。稳压直流电压供给逆变器进行DC-AC转换,而最大功率点跟踪(MPPT)控制器可优化太阳能电池板上的负载,从而获得最高的能源效率。

Wolfspeed 可提供适合该电力电子转换环节中每一个转换单元的SiC器件,可以满足住宅、轻型商业和公用事业规模应用所需的功率等级。Wolfspeed 的威廉希尔官方网站 可帮助设计人员以更低的系统成本实现更高的系统级效率和功率密度,而所有这些都是驱动可再生能源市场的主要因素(图 1)。

DC-DC升压:DC-DC 电路单元用于将变化的光伏电池板电压升高到稳定直流电压。设计人员通过把该单元的主串式逆变器中原来使用的硅基二极管MOSFET 替换成 Wolfspeed 的 SiC 模块,使系统尺寸缩减 70%,系统效率提高 1%,同时系统总成本降低 30%。这是由于 SiC 模块的使用提高了系统的开关频率,从而缩小了功率电感电容滤波器和变压器的尺寸,进而降低了系统总成本。

储能系统:储能系统应用为在住宅、工业等应用中采用 SiC 提供了巨大机会,填补了 Si 在DC-DC升压/MPPT、双向有源前端(AFE)和直流电池充电机中留下的系统需求空白。

Wolfspeed 对 SiC 解决方案开展的测试表明,通过使用SiC,系统效率可提高近 3%,功率密度最多可提高 50%,并可显著缩减无源元件体积,大幅降低无源 BOM 成本。

3.3 kV 至 20+ kV(中高压)SiC MOSFET 模块开辟了多个现有和新兴的应用领域,包括并网逆变器、超级充电机和电机牵引。

并网逆变器:此类逆变器利用中高压 SiC 器件可将太阳能发电厂直接连接到电网,从而从电力电子变换环节中消除了沉重、昂贵且有较大损耗的变压器。这降低了光伏发电系统的安装、运营和选址成本。

例如,2 MVA 并网逆变器系统包括工作频率为 40 kHz 的 Wolfspeed 1700 V SiC 半桥模块、一个工作频率为 40 kHz 的较小体积的中频变压器,以及工作频率为 10 kHz 的 Wolfspeed 10 kV SiC 模块。如果不包括变压器,其重量不到 1,000 磅,CEC 效率可达到 98% 以上。

直流快速充电:传统快速充电机通常使用低频变压器,这会将整个系统的重量增加几千磅。一个 500 kVA 的传统充电机系统容量为 5,190 升、重量为 3,537 kg、功率损耗 >28 kW。

基于 Wolfspeed 的 6.5 kV SiC 和 >20 kHz 固态变压器(SST)的现代 500 kVA 快速充电机系统容量 1,298 升、重量 530 kg、功率损耗 不超过11.25 kW。因此,基于SiC的 直流快速充电机用时不到 4 分钟便可充满电,且该系统尺寸比原传统充电机尺寸缩小超过 75%,重量减轻 85% 以上,损耗减少超过 60%,成本降低 40% 以上。

牵引和移动:中高压 SiC 模块可将交通工具的年油耗降低 1-4%,并可在重型设备的驱动系统、冷却和布线方面节省大量成本。

额定值可满足广泛的应用范围

Wolfspeed 提供可覆盖行业最广泛应用功率范围的 SiC 分立器件和模块(图 2)。Wolfspeed 的中高压解决方案(额定值从 LM3 模块的3.3 kV到 MM3 模块的6.5 kV和 XHV-9 模块的10 kV不等)可解决上述应用中宽范围的电压、电流和隔离要求。

3.3 kV 至 20+ kV(中高压)SiC MOSFET 模块开辟了多个现有和新兴的应用领域,包括并网逆变器、超级充电机和电机牵引。

并网逆变器:此类逆变器利用中高压 SiC 器件可将太阳能发电厂直接连接到电网,从而从电力电子变换环节中消除了沉重、昂贵且有较大损耗的变压器。这降低了光伏发电系统的安装、运营和选址成本。

例如,2 MVA 并网逆变器系统包括工作频率为 40 kHz 的 Wolfspeed 1700 V SiC 半桥模块、一个工作频率为 40 kHz 的较小体积的中频变压器,以及工作频率为 10 kHz 的 Wolfspeed 10 kV SiC 模块。如果不包括变压器,其重量不到 1,000 磅,CEC 效率可达到 98% 以上。

直流快速充电:传统快速充电机通常使用低频变压器,这会将整个系统的重量增加几千磅。一个 500 kVA 的传统充电机系统容量为 5,190 升、重量为 3,537 kg、功率损耗 >28 kW。

基于 Wolfspeed 的 6.5 kV SiC 和 >20 kHz 固态变压器(SST)的现代 500 kVA 快速充电机系统容量 1,298 升、重量 530 kg、功率损耗 不超过11.25 kW。因此,基于SiC的 直流快速充电机用时不到 4 分钟便可充满电,且该系统尺寸比原传统充电机尺寸缩小超过 75%,重量减轻 85% 以上,损耗减少超过 60%,成本降低 40% 以上。

牵引和移动:中高压 SiC 模块可将交通工具的年油耗降低 1-4%,并可在重型设备的驱动系统、冷却和布线方面节省大量成本。

额定值可满足广泛的应用范围

Wolfspeed 提供可覆盖行业最广泛应用功率范围的 SiC 分立器件和模块(图 2)。Wolfspeed 的中高压解决方案(额定值从 LM3 模块的3.3 kV到 MM3 模块的6.5 kV和 XHV-9 模块的10 kV不等)可解决上述应用中宽范围的电压、电流和隔离要求。

作为一家具有最大市场份额且在不断增长的垂直整合 SiC 供应商,Wolfspeed 拥有超过 30 年的经验,数以百万计的 MOSFET 和二极管在现场工作数万亿小时。

审核编辑:郭婷

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • DC-DC
    +关注

    关注

    30

    文章

    1947

    浏览量

    81635
  • 太阳能光伏
    +关注

    关注

    3

    文章

    236

    浏览量

    47056
  • 可再生能源
    +关注

    关注

    1

    文章

    701

    浏览量

    39528
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    碳化硅JFET助推功率转换电路的设计方案

    对于可再生能源设备,如太阳能逆变器和储能设备,我们的碳化硅器件具有极低的RDS(on)特性,可将散热量保持在最低水平。
    的头像 发表于 01-08 14:53 3573次阅读
    <b class='flag-5'>碳化硅</b>JFET助推功率转换电路的设计方案

    碳化硅的历史与应用介绍

    的化学惰性• 高导热率• 低热膨胀这些高强度、较持久耐用的陶瓷广泛用于各类应用,如汽车制动器和离合器,以及嵌入防弹背心的陶瓷板。碳化硅也用于在高温和/或高压环境中工作的半导体电子设备,如火焰点火器、电阻加热元件以及恶劣环境下的电子元器件。
    发表于 07-02 07:14

    碳化硅深层的特性

    碳化硅近几年的快速发展 近几年来,低碳生活也是随之而来,随着太阳能产业的发展,作为光伏产业用的材料,碳化硅的销售市场也是十分火爆,许多磨料磨具业内人开始关注起碳化硅这个行业了。目前
    发表于 07-04 04:20

    碳化硅基板——汽车电子发展新动力

    上,对介电常数要求严格,虽然有低温共烧陶瓷,仍然无法满足他们的要求,需要一种性能更好的升级产品,建议可以使用富力天晟的碳化硅基板;因应汽车需求而特别开发的产品(如IC 载板、软板、银胶贯孔等),也在向
    发表于 12-16 11:31

    碳化硅基板——三代半导体的领军者

    碳化硅(SiC)陶瓷基板完全符合新能源汽车要求。碳化硅(SiC)陶基板小型化的特点可大幅削减新能源汽车的电力损失,使其在各种恶劣的环境下仍能正常工作。
    发表于 01-12 11:48

    电动汽车的全新碳化硅功率模块

    面向电动汽车的全新碳化硅功率模块 碳化硅在电动汽车应用中代表着更高的效率、更高的功率密度和更优的性能,特别是在800 V 电池系统和大电池容量中,它可提高逆变器的效率,从而延长续航里程
    发表于 03-27 19:40

    碳化硅的应用

    碳化硅作为现在比较好的材料,为什么应用的领域会受到部分限制呢?
    发表于 08-19 17:39

    传统的硅组件、碳化硅(Sic)和氮化镓(GaN)

    。虽然碳化硅组件可望成为推动电力设备由机械转向电子结构的重要推手,但现阶段碳化硅组件最主要的应用市场,其实是电动汽车。电动汽车应用之所以对
    发表于 09-23 15:02

    被称为第三代半导体材料的碳化硅有着哪些特点

    公司等为代表。四、碳化硅半导体应用碳化硅半导体器件,其高频、高效、高温的特性特别适合对效率或温度要求严苛的应用。可广泛应用于太阳能逆变器、车载电源、新能源汽车电机控制器、UPS、充电桩
    发表于 02-20 15:15

    创能动力推出碳化硅二极管ACD06PS065G

    电机驱动。碳化硅器件和碳化硅模组可用于太阳能发电、风力发电、电焊机、电力机车、远距离输电、服务器、家电、电动汽车、充电桩等用途。创能动力于2015年在国内开发出6英寸SiC制造威廉希尔官方网站 ,2
    发表于 02-22 15:27

    碳化硅SiC威廉希尔官方网站 导入应用的最大痛点

    上。  不过,随着碳化硅价格的下降、性能和可靠性的提高,其性能得到改善,可靠性得到了证明,在列表中的地位调高了,现在已被视为现有旧威廉希尔官方网站 器件的替代品和新设计的起点。  碳化硅的采用取决于应用,所以太阳能
    发表于 02-27 14:28

    浅谈硅IGBT与碳化硅MOSFET驱动的区别

    延迟时间。碳化硅MOSFET驱动信号传输延迟需小于200ns,传输延迟抖动小于20ns,可通过以下方式实现:  · 采用数字隔离驱动芯片,可以达到信号传输延迟50ns,并且具有比较高的一致性,传输抖动
    发表于 02-27 16:03

    科锐针对电动汽车可再生能源市场推出E-系列碳化硅半导体器件

    科锐(Nasdaq: CREE)旗下Wolfspeed于近日宣布推出E-系列碳化硅(SiC)半导体器件。这一新型产品家族针对电动汽车EV和可再生能源市场,能够为车载汽车功率转换系统、非
    的头像 发表于 08-30 15:32 4909次阅读

    使用碳化硅设计用于高效可再生能源系统

    碳化硅解决方案满足了依赖半导体的可再生能源系统的所有需求,因为它们可以提高功率密度、降低开关损耗和开关频率。Wolfspeed 碳化硅解决方案使太阳能功率半导体能够
    的头像 发表于 05-24 10:21 770次阅读

    碳化硅在新能源领域的应用 碳化硅汽车工业中的应用

    碳化硅在新能源领域的应用 1. 太阳能光伏 碳化硅材料在太阳能光伏领域主要应用于制造高性能的太阳能电池。由于其高热导率和良好的化学稳定性,
    的头像 发表于 11-29 09:31 318次阅读