隨著清潔能源的快速增長,作為光伏系統(tǒng)心臟的太陽能逆變器儼然已經(jīng)成為能源革命浪潮中的超級賽道。高效的光伏系統(tǒng),離不開功率器件。全IGBT方案、混合SiC方案和全SiC方案以其在成本、性能、空間、可靠性等方面不同的優(yōu)勢,均在市場上有廣泛應用。但隨著SiC成本下降,全SiC方案被越來越多的廠家采用。
未來10年,光伏逆變器市場狂飆
目前,風能和太陽能的總發(fā)電量已經(jīng)超過了水力發(fā)電。預計到2028年,清潔能源的比重將達到42%。中國市場增長勢頭強勁,已成為全球清潔能源增長的主要驅動力。光伏逆變器承載著將太陽能光伏組件產(chǎn)生的直流電轉換為交流電的重任,是光伏系統(tǒng)重要組件之一。預計2023-2033年的十年間,太陽能逆變器市場將會從1352億美元增長至7307億美元,年均復合增長率高達18.38%。值得一提的是,全球十大太陽能逆變器供應商中,大多數(shù)來自中國。
“安森美的SiC市場份額近年來迅速擴大,這一成果很大程度上歸功于中國市場的貢獻,以及安森美在SiC技術方面的端到端優(yōu)勢。”在慕尼黑華南電子展同期舉行的2024碳中和創(chuàng)新論壇——新型儲能技術及應用上,安森美電源方案事業(yè)部技術市場部高級經(jīng)理Kevin Yu表示。
3KW到350KW功率產(chǎn)品,智領能源全場景應用
戶用、商業(yè)、大型電站功能不同,對功率產(chǎn)品的要求不同。
首先是戶用儲能,適用于家庭用戶,通常在住宅屋頂或庭院安裝600瓦、1千瓦或1.2千瓦的光伏組件,基本采用單管和小模組;
其次是工商業(yè)系統(tǒng),適用于大型工廠、購物中心等商業(yè)設施,規(guī)模較大,通常采用單管和小型模塊的組合;
最后是發(fā)電廠,位于偏遠地區(qū)如荒山、沙漠等地,用于大規(guī)模電力生產(chǎn),全部采用模組組合。
針對這些不同的應用場景,安森美提供了從3KW到350KW不同功率等級的功率產(chǎn)品,包括IGBT、SiC和PIM,以及多種拓撲結構,以滿足多樣化的需求。
在選擇使用模組或單管進行項目開發(fā)時,需要綜合考量多個因素。單管雖然成本更低、靈活性更高,并且更容易找到替代品,但設計復雜度高,需要處理電路設計、信號完整性和熱管理等問題,同時長期的可靠性和穩(wěn)定性也需要通過精心設計和測試來保證。而模組則更加易于集成,簡化了開發(fā)過程,縮短了產(chǎn)品上市時間,并且由于集成了多個組件,有助于減少PCB尺寸,提高可靠性。然而,模組的成本相對較高,靈活性較低。因此,選擇哪種方式主要取決于項目的具體需求,包括成本預算、開發(fā)時間、性能要求以及未來的可維護性等因素。安森美提供了廣泛且高性能的模組解決方案,如F1、Q0、F2、Q1、Q2和F5+BP等各種類型的模組,可以滿足不同應用場景的需求。
全SiC模組加速滲透
采用全SiC方案,不僅能夠提高系統(tǒng)效率,還能使設計更加緊湊。此外,IGBT存在一個固有的局限,即其開關頻率無法做得很高,而SiC則可以在100kHz以上的頻率下穩(wěn)定工作,這對于許多應用來說是一個顯著的優(yōu)勢。
在公用事業(yè)應用中,針對1100V 兩電平Boost升壓轉換器的設計,安森美提供了三種方案以滿足不同需求:全IGBT [Si IGBT + 二極管]模塊方案、混合 IGBT
[Si IGBT + SiC 二極管]模塊方案、全SiC模塊方案。在這三種方案中,全IGBT的成本最低,而混合IGBT由于其性能和成本之間的平衡較為普遍。全SiC方案則提供了最佳性能,包括更快的開關速度、更低的模塊損耗和更小的體積,但伴隨著更高的成本。
隨著市場對能源轉換效率和體積的要求越來越高,全SiC方案將成為一大趨勢。至于全SiC方案的成本制約因素,Kevin Yu表示:“IGBT技術已經(jīng)發(fā)展了數(shù)十年,隨著市場的成熟和技術的優(yōu)化,未來進一步降價的空間將越來越有限。相比之下,作為一項相對較新的技術,碳化硅在未來仍有較大的降價潛力和發(fā)展空間。這意味著,隨著時間的推移,全SiC方案的成本可能會逐漸降低,使其更具競爭力?!?/p>
選擇功率模塊方案時,需要根據(jù)實際應用情況,充分考慮到未來可能的變化和擴展需求,確保所選方案能夠在較長一段時間內(nèi)保持其適用性和競爭力。在SiC模塊方面,安森美提供30 多款集成SiC MOSFET 和SiC 二極管的EliteSiC功率集成模塊(PIM),電壓額定值高達1200 V。此外,安森美還提供超過20 款結合SiC 和硅技術特性的混合Si IGBT 和 SiC器件模塊,形成全面的產(chǎn)品陣容滿足客戶的特定需求。