光储行业的新引擎：碳化硅正崛起
2024-09-24 11:23:02
天净隆鼎碳化硅
在新能源汽车市场之外，碳化硅正迅速成为光储领域的新宠。
随着光储系统不断追求更高功率密度、更高效率、更高电压和更大过载能力，碳化硅以其卓越的耐高压、耐高温和高效率特性，正受到光储行业的日益青睐。
01
碳化硅在光储逆变器中的需求迅速增长
近两年，光储逆变器行业竞争日益激烈，技术创新成为提升企业竞争力的关键。由此，碳化硅在光储逆变器中的应用需求也逐渐旺盛。
从技术发展趋势来看，光储逆变器正朝着高转换效率、高功率密度、低能量损耗和系统体积缩小的方向发展，而碳化硅功率器件的高频、高温、高压特性与这一趋势高度契合，有助于推动光储逆变器朝更高效、更可靠、成本更低的目标迈进。
碳化硅在光储行业的规模应用可追溯至本世纪初。当时光伏逆变器厂商开始采用碳化硅二极管（SiC SBD）替代传统硅基器件。尽管碳化硅器件的成本相对较高，但其在小规模光伏系统中的应用已显示出显著优势。
全球对可再生能源的政策扶持和对高效能源管理方案的需求不断增长，促使国际领先企业率先推出应用于光伏逆变器的SiC MOSFET方案，其性能优势相比SiC SBD进一步凸显。
如今，中国企业在产品创新、技术研发和解决方案的提供方面已步入全球领先行列，并不断推动SiC MOSFET的应用，以满足市场对高效、高性能光储逆变器的需求。
例如，阳光电源(75.620, -1.16, -1.51%)在2014年推出了首款搭载SiC MOSFET的光伏逆变器，并在2017年实现了规模化应用。近两年，国内更多光伏逆变器厂商推出了基于SiC MOSFET的解决方案。
02
光储行业为何青睐碳化硅?
为何碳化硅能晋升为光储行业的新宠？
归纳来看，碳化硅可以为光储系统带来三大显著优势：更低的能量转化损耗和更高的效率，更高的功率密度和更小的体积，以及更简单的系统拓扑和更少的器件。
首先，碳化硅器件在高频、高压、高温等应用场景表现出色。SiC MOSFET在开关过程中没有拖尾电流，降低了开关损耗，从而减小了散热器体积，提高了整体效率。
我们从一些成功案例看到，使用SiC技术可以将转换效率从96%提升至99%以上，能量损耗降低50%以上。
其次，碳化硅的导通电阻低，有助于减小器件尺寸，同时保持高电流和电压容量，从而实现更高的功率密度。通常来说，SiC MOSFET的尺寸仅为硅基MOSFET的1/10，这使得碳化硅器件在光储逆变器系统中的集成度与可靠性得到显著提升，进而减少系统的体积和重量，提升功率密度。
研究表明，随着碳化硅技术的进步，预计到2025年逆变器功率密度将提升50%以上。
另外，碳化硅器件的高温、高频特性允许设计更简化的电路拓扑，减少所需的无源器件数量，如电感、电容等，从而简化了系统设计，同时，SiC器件的高温工作能力减少了对复杂冷却系统的需求，进一步简化了系统设计。
有数据表明，使用碳化硅的光储逆变器可以比硅基逆变器轻3-10倍，从而有效降低了安装的系统成本。
碳化硅以上的显著优势使其在高压光伏系统中的应用尤为突出。在当前主流的1500V-2000V光伏系统中，采用碳化硅器件不仅能够支持更高的电压水平，还能有效减少系统内的电流，进而显著降低线路损耗及整体系统成本。
因此，尽管碳化硅器件的初始成本较高，但从长远来看，其卓越的效率和可靠性将带来更高的回报，同时减少维护及更换的频率和成本，这样在整个光储系统的生命周期内能够有效降低综合成本，实现经济效益的最大化。