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本文來源：中國電子報

在能源電子產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展的背景下，全球光伏裝機量持續(xù)攀升，為碳化硅帶來可觀的市場增量。Yole研報預(yù)計，應(yīng)用于光伏發(fā)電及儲能的碳化硅市場規(guī)模將在2025年達到3.14億美元，2019—2025年復(fù)合增長率為17%。同時，光伏組件功率密度的持續(xù)提升，也對碳化硅器件性能提出了更高的要求。

要抓住光伏帶來的市場機遇，碳化硅廠商還需要在產(chǎn)品綜合性能、制備良率、供應(yīng)鏈協(xié)作等多個維度發(fā)力。

光伏逆變器將光伏面板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電以用于電網(wǎng)，是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件。光伏逆變器的轉(zhuǎn)化效率，直接影響整個光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率。寬禁帶半導(dǎo)體的長處正是更高的能源轉(zhuǎn)化效率，其性能優(yōu)勢與光伏逆變器的迭代需求有著較高的契合度。

華為發(fā)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(fā)展已成為趨勢。以光伏逆變器為例，直流電壓已經(jīng)由1100V提升到1500V。通過碳化硅、氮化鎵等新材料的應(yīng)用，以及將數(shù)字技術(shù)與電力電子技術(shù)、熱管理技術(shù)等充分結(jié)合，預(yù)計未來5年逆變器的功率密度將再提升50%。

安森美（onsemi）應(yīng)用市場工程師賈鵬向《中國電子報》表示，基于碳化硅的光伏逆變系統(tǒng)能夠在效率、體積和重量上做得更好。寬禁帶材料的優(yōu)異特性允許基于其制造的半導(dǎo)體器件在高頻高溫高壓下工作，高頻意味著更小的電感體積和高頻條件下仍能接受的損耗，高溫意味著更好的散熱能力和更加緊湊的系統(tǒng)布局，高壓則代表著更高的母線電壓，將更大的傳輸功率或更小的由傳輸電流帶來的線路損耗變?yōu)榭赡堋?/span>

面向光伏逆變器功率更大、效率更高、體積更小、成本更低，以及組串式逆變器配置靈活、易于安裝的發(fā)展方向，碳化硅供應(yīng)商從多個技術(shù)指標入手，持續(xù)提升器件性能。

提升光伏逆變器的最大直流母線電壓，將提升光伏變電站的成本效益，這對碳化硅功率器件的電壓等級提出了更高的要求。在1100 V的直流系統(tǒng)中，功率級別一般在8kW—150kW之間，100kW的低功率和中功率系統(tǒng)通常使用1200V和650V開關(guān)。當光伏逆變器從1100V做到1500V，功率器件的工作電壓也隨之提升。

例如安森美的EliteSiC系列（包括碳化硅MOSFET、碳化硅二極管），耐壓范圍為650V-1700V，可以覆蓋目前的1100V和1500V的光伏逆變器系統(tǒng)。其中1700V SiC MOSFET對應(yīng)1500V直流母線的光伏逆變器產(chǎn)品。

此外，縮小體積以降低成本也是光伏逆變器的演進趨勢，尤其體現(xiàn)在微型逆變器和組串式逆變器上，碳化硅器件也需要做得更加緊湊并解決由此帶來的散熱問題。

安森美推出了首款TOLL封裝650V SiC MOSFET，適配小尺寸高功率密度的產(chǎn)品，TOLL封裝的尺寸僅為9.9mm×11.68mm，比D2PAK封裝的PCB面積節(jié)省30%，同時具有更好的散熱和寄生電感。

要抓住光伏帶來的市場機遇，碳化硅廠商需要在產(chǎn)品綜合性能、制備良率、供應(yīng)鏈協(xié)作等多個維度發(fā)力。

賈鵬向記者指出，碳化硅是世界上第三硬的復(fù)合材料，且非常易碎，因此要注重碳化硅制備過程中的良率和質(zhì)量。

“隨著碳化硅技術(shù)的不斷成熟和降本，大部分光伏逆變器中的超結(jié)MOSFET和IGBT會被替代，這對于整條碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈來說是一個巨大的市場。然而，在擴大量產(chǎn)能力的同時保持良率和質(zhì)量對于任何一家半導(dǎo)體公司都是一種挑戰(zhàn)，因此半導(dǎo)體企業(yè)會持續(xù)投資建廠或與龍頭客戶簽訂長期供應(yīng)協(xié)議。如安森美等提供從晶圓到方案的碳化硅供應(yīng)商，除了做好生產(chǎn)供應(yīng)之外，還需要和客戶一起研究實際應(yīng)用中碰到的問題，比如碳化硅替代后的散熱方案以及高頻工作帶來的其它干擾等等。”賈鵬說。