【原创】光伏拥抱碳化硅：不辜负每一缕阳光！

中国粉体网讯  随着全球能源需求的日益增加，以石油、煤炭和天然气为主的化石能源终有耗尽的一天，除此之外，化石能源在使用过程中也会造成严重的环境污染。为了解决上述问题，太阳能、风能，水能、核能等可再生能源引起了人们的重视。

01.逆变器与光伏

利用太阳能的主要方式是光伏发电，与其他发电技术相比，光伏发电具有绿色环保、太阳能资源充足、发电过程安全可靠、发电设备安装运输方便等优势。可以预见的是，光伏发电的大量推广将会对能源危机和环境危机的治理带来积极影响。

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然而，我们每天都能见到的太阳能是免费的，但如何实现高效率的转化呢？

根据光伏发电原理可知，当太阳光照射到光伏组件(如太阳能电池板)时，光子与光伏材料中的电子相互作用，导致电子从材料中逸出，形成光生电流，这个光生电流是直流电。由于大部分用电设备都以交流供电为主，因此光伏阵列发出的直流电不能被直接使用，需要将直流电转换为交流电实现光伏并网发电。

而实现以上目的的关键器件即逆变器，因此光伏并网逆变器是光伏发电技术的核心，逆变器的工作效率很大程度上决定了太阳能的利用效率。

02.碳化硅“逐光”

功率器件是光伏并网逆变器的核心部件。现如今在电气行业中使用的各种半导体器件多以硅(Si)材料为基础，已经发展得相当成熟。Si是一种半导体材料，被广泛应用于各种电子管和集成电路。随着电力半导体器件使用场合日益丰富，在一些对性能要求较高以及工作环境较恶劣的应用场合，硅器件的使用便受到限制，这就要求人们开发性能更优越的半导体器件，于是，碳化硅（SiC）等宽禁带半导体器件应运而生。

碳化硅与硅性能对比

相比于硅基器件，碳化硅器件表现出一系列引人注目的优异特性：

(1)高击穿电场强度：SiC的击穿电场强度是Si的10倍左右，使得SiC器件拥有更高的阻断电压，可工作于更高的电场条件下，有助于提高功率密度。

(2)宽带隙：SiC在室温下具有较低的本征载流子浓度，这将在导通状态下导致更低的导通电阻。

(3)高饱和漂移速度：SiC具有较高的电子饱和漂移速度，有助于其在开关过程中更快地达到稳态，减小开关过程中的能量损耗。

(4)高热导率：SiC具有更高的热导率，这将带来功率密度的显著提升，同时进一步简化散热系统的设计，能有效延长器件寿命。

碳化硅器件在光伏中的应用

而在光伏发电实际应用中，基于硅基器件的传统逆变器成本约占系统10%左右，却是系统能量损耗的主要来源之一。使用SiC MOSFET或SiC MOSFET与SiC SBD结合的功率模块的光伏逆变器，转换效率可从96%提升至99%以上，能量损耗降低50%以上，设备循环寿命提升50倍，从而能够缩小系统体积、增加功率密度、延长器件使用寿命、降低生产成本。

总之，碳化硅功率器件，为实现光伏逆变器的“高转换效率”和“低能耗”提供了所需的低反向恢复和快速开关特性，对提升光伏逆变器功率密度、进一步降低度电成本至关重要。

小结

2019年，阳光电源在国际光伏欧洲展上首次推出了SG250HX型号光伏组串式逆变器，该款逆变器采用了英飞凌公司碳化硅技术，支持1500V高压直流输入和800V交流电压输出，系统效率最高可达到99%，仅重95kg，尺寸为1051mm×660mm×363mm，功率密度达1000W/L；台达M70A系列三相光伏组串逆变器产品也采用了安森美半导体的碳化硅技术，能量转换效率最高可达98.8%。截至目前，已有多家逆变器厂商的产品采用了碳化硅技术。

另据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，预计未来五年逆变器的功率密度将再提升50%，在此高性能要求背景下，碳化硅将“大行其道”。

参考来源：

[1]甘季伟.基于碳化硅MOSFET的双接地非隔离三相光伏逆变器的研究

[2]马文杰.光伏直流微电网碳化硅高压变换器拓扑及效率优化研究

[3]李寒江.基于碳化硅MOSFET的光伏并网逆变器及其控制策略研究

[4]粉体大数据研究

（中国粉体网编辑整理/山川）

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