如今光伏產業已邁入快速成長階段，并帶來了數百億的市場規模。得益于光伏產業的發展，在光伏儲能系統中構建成本將近兩成的光伏逆變器也迎來了發展的新契機，吸引了不少玩家進入光伏儲能逆變器這一賽道中激烈的角逐。

 

從行業發展角度與能源利用率來看，碳化硅光伏逆變器有望替代傳統的硅基光伏逆變器，并成為行業發展的重點。據了解，使用碳化硅功率器件的光伏逆變器在系統轉換效率方面能夠很好的保持在96%以上，甚至可以達到99%，在能量損耗以及設備使用壽命方面也得到了不同程度的優化。根據 CASA 預測，到2048年在光伏逆變器中，高效、低損耗的碳化硅功率器件占比有望達到85%以上。

 

截至目前，在光伏逆變器領域中英飛凌、富士電機、三菱電機、安森美、陽光電源等一眾企業就碳化硅的應用已經進行了深入的布局，并成功開發出了量產產品。

 

被陽光電源采納的英飛凌1500V光伏逆變器的碳化硅模塊

 

英飛凌早已嗅到碳化硅帶來的商機，并依托在硅基功率器件領域的決定性優勢，大力發展碳化硅功率器件。

 

截至目前，英飛凌在碳化硅領域已經積累了將近20年的研發經驗，于2002年英飛凌推出了業界首款碳化硅的肖特基級二極管，2010年推出了基于碳化硅的分立器件，2012年成功開發出了面向光伏逆變器應用的1200V碳化硅JFET“CoolSiC產品群”，并于同年進入投產階段。在2016年又實現了新的突破，推出了面向光伏逆變器應用且基于CoolSiC溝槽柵設計的碳化硅MOSFET產品，助力終端應用小型化，提高產品的功率密度與轉換效率，壓縮系統成本。

 

圖源：陽光電源

 

2020年，英飛凌為陽光電源打造了一款定制化的EasyPACK™ 3B模塊，并成功運用在了陽光電源的SG250HX系列組串式逆變器中，支持1500Vdc和800Vac的高壓應用，系統效率最高可達到99%。

 

這款定制型的EasyPACK™ 3B模塊融合了英飛凌在硅與碳化硅兩大領域的優勢技術，模塊內部集成了額定電流為400A的ANPC IGBT模塊，耐壓等級為1200V的CoolSiC™肖特基二極管，發射基級二極管以及一個三電平的IGBT模塊構成。該模塊采用了安全可靠的壓接工藝，簡化了模塊的安裝流程，減少了機械固定的工作量。

 

得益于英飛凌的技術支持，實現了陽光電源250kW逆變器SG250HX小型化、輕量化的設計，逆變器的尺寸為1051x660x363mm，質量也控制在了100kg以內，功率密度也達到了1000W/L。

 

被臺達光伏逆變器采納的安森美全碳化硅功率模塊

 

此前，安森美推出了一款全碳化硅集成的功率模塊NXH40B120MNQ，該功率模塊是專為光伏逆變器應用研發的一款產品，能夠滿足在光伏儲能應用中實現高功率效率所需的低反向恢復電流和快速導通與關斷功能，側面地展示了安森美在碳化硅功率器件領域的技術優勢。

 

 

功率模塊拓撲 圖源：安森美

 

上圖為該全碳化硅功率模塊的內部電路拓撲，模塊內部由兩個相互獨立升壓級和一個熱敏電阻構成，其中MOSFET采用的是耐壓等級為1200V，導通電阻為40mΩ的碳化硅MOSFET。在各個升壓級處還包含了一個1200V/40A碳化硅升壓二極管，以及兩個1200V/50A的旁路整流器用于控制浪涌電流。在該電路中引入全碳化硅的功率器件，能夠使該集成模塊支持更高的開關頻率和更低的導通電阻，實現降低開關損耗，將電源轉換的能效實現最大化。同時更高的開關頻率有助于減小光伏逆變器的體積與設計成本。

 

目前這款全碳化硅的功率模塊已經被臺達的三相光伏組串式逆變器產品組合M70A所采用，并且在實際應用中能量轉換效率最高可達98.8%。

 

結語

 

耐高溫/高壓、高頻、大功率的電氣特性使碳化硅成為電力電子、射頻等領域的寵兒，并且新能源汽車、光伏儲能、充電樁等終端設備對碳化硅技術的應用已經非常成熟，在全球碳中和的驅動背景下，碳化硅的應用與市場規模將會上升到一個新的高度。