中國粉體網訊 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重的環境污染。為了解決上述問題，太陽能、風能，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電，與其他發電技術相比，光伏發電具有綠色環保、太陽能資源充足、發電過程安全可靠、發電設備安裝運輸方便等優勢。可以預見的是，光伏發電的大量推廣將會對能源危機和環境危機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的，但如何實現高效率的轉化呢？
根據光伏發電原理可知，當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。由于大部分用電設備都以交流供電為主，因此光伏陣列發出的直流電不能被直接使用，需要將直流電轉換為交流電實現光伏并網發電。
而實現以上目的的關鍵器件即逆變器，因此光伏并網逆變器是光伏發電技術的核心，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逆變器的核心部件。現如今在電氣行業中使用的各種半導體器件多以硅(Si)材料為基礎，已經發展得相當成熟。Si是一種半導體材料，被廣泛應用于各種電子管和集成電路。隨著電力半導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境較惡劣的應用場合，硅器件的使用便受到限制，這就要求人們開發性能更優越的半導體器件，于是，碳化硅（SiC）等寬禁帶半導體器件應運而生。
碳化硅與硅性能對比
相比于硅基器件，碳化硅器件表現出一系列引人注目的優異特性：
(1)高擊穿電場強度：SiC的擊穿電場強度是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，這將在導通狀態下導致更低的導通電阻。
(3)高飽和漂移速度：SiC具有較高的電子飽和漂移速度，有助于其在開關過程中更快地達到穩態，減小開關過程中的能量損耗。
(4)高熱導率：SiC具有更高的熱導率，這將帶來功率密度的顯著提升，同時進一步簡化散熱系統的設計，能有效延長器件壽命。
碳化硅器件在光伏中的應用
而在光伏發電實際應用中，基于硅基器件的傳統逆變器成本約占系統10%左右，卻是系統能量損耗的主要來源之一。使用SiC MOSFET或SiC MOSFET與SiC SBD結合的功率模塊的光伏逆變器，轉換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設備循環壽命提升50倍，從而能夠縮小系統體積、增加功率密度、延長器件使用壽命、降低生產成本。
總之，碳化硅功率器件，為實現光伏逆變器的“高轉換效率”和“低能耗”提供了所需的低反向恢復和快速開關特性，對提升光伏逆變器功率密度、進一步降低度電成本至關重要。
小結
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，支持1500V高壓直流輸入和800V交流電壓輸出，系統效率最高可達到99%，僅重95kg，尺寸為1051mm×660mm×363mm，功率密度達1000W/L；臺達M70A系列三相光伏組串逆變器產品也采用了安森美半導體的碳化硅技術，能量轉換效率最高可達98.8%。截至目前，已有多家逆變器廠商的產品采用了碳化硅技術。
另據華為發布的智能光伏十大趨勢顯示，光伏電站向大功率、高可靠性發展已成為趨勢，以光伏逆變器為例，直流電壓已經由1100V提升到1500V，預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.光伏直流微電網碳化硅高壓變換器拓撲及效率優化研究
[3]李寒江.基于碳化硅MOSFET的光伏并網逆變器及其控制策略研究
[4]粉體大數據研究
（中國粉體網編輯整理/山川）
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