碳化硅MOS已在多家光伏企业应用

经过几年的关注，光伏产业已经是广为人知的“风口”，为什么又把逆变器“带火”了？这就不得不提及逆变器对于光伏系统的重要性了。

逆变器是一种将直流电（电池、蓄电瓶）转化为交流电的装置，在汽车、轨道交通、通信设备和新能源发电等多领域有广泛的应用。

专家预计2025年，全球光伏逆变器市场规模有望超过800亿元，而在新兴的储能领域，仅国内风光配储需求就有望产生超过200亿元的储能逆变器市场空间。

01 光伏逆变器为什么使用碳化硅

2010年代初，光伏逆变器就开始使用SiC二极管技术了，使用碳化硅后，光伏逆变器可以实现更高的能量转换效率，可以安装较少数量的光伏面板，综合成本更低。

2016年左右，光伏逆变器制造商开始采用SiC MOSFET，这是因为碳化硅技术能够帮助MPPT(Maximum Power Point Tracking的简称，中文为“最大功率点跟踪”)跟踪器实现更高的通道开关频率，使得系统更小、更轻、更具成本效益。

尤其是在壁挂和屋顶应用，太阳能逆变器需要理想的重量密度，例如1kW／kg。大多数采用硅基IGBT的商业化产品无法很好地满足这一要求，它们的重量密度小于0.38kw／kg。为了应对这一挑战，需要开发基于SiC MOSFET的光伏串逆变器。在实际应用场合中，光伏逆变模块主要使用0.6-1.2kV、电流等级在20A以上的SiC器件。以250kW光伏组串逆变器为例，采用SiC模块后效率最高可达99％，功率密度为1kw／kg，逆变器重减轻到95kg。

02 安森美的碳化硅技术应用于AMPT产品

近期，安森美（Onsemi）宣布和光伏（PV）太阳能和储能系统直流优化器公司Ampt LLC携手合作，Ampt在其直流组串优化器中使用了安森美的EliteSiC系列碳化硅（SiC）技术之N沟道SiC MOSFET，用于关键的功率开关应用。EliteSiC器件的RDS(on)典型值为80 mΩ，栅极电荷(Qg)值为56 nC，Rg较低，为1.7Ohms。它能够在175°C的结温下工作，降低了应用中的热管理要求，从而实现尺寸更小、成本更低的方案，实现了储能系统和太阳能电站更高的双向充放电效率。

03 Katek集团采用纳微旗下碳化硅MOS器件

2月2日，纳微半导体发布消息：《纳微半导体宣布携手KATEK，加快高效和低成本太阳能应用普及》。文中提到KATEK的coolcept flex系列的Steca太阳能逆变器采用了纳微旗下GeneSiC的新型功率半导体。

GeneSiC的SiC MOSFETs采用了“沟槽辅助平面栅工艺”。与其他SiC MOS技术相比，GeneSiC MOSFETs拥有高速开关和耐高温的性能，外壳温度可降低25℃，使用寿命可延长3倍。GeneSiC的MOSFETs具备100%耐雪崩测试的能力，短路耐受时间延长30%和稳定阈值电压易于并联的特性，有效优化效率、尺寸、重量及成本。

根据企业公开信息，多家国际光伏逆变器大厂也已布局 SiC 模块，如英飞凌、富士电机等跨国企业已经实现了规模化应用。

随着中国光伏装机量的增长及国内光伏逆变器的市场占有率的不断提升，碳化硅器件势必将优先使用国产替代。此外，发展可再生能源是中国长期战略目标，光伏发电作为重要的绿色环保发电方式，发展前景广阔。

未来，随着新能源替代传统燃料步伐加速，逆变器向高效率、高功率密度、高可靠性等方向发展，具备高功率、耐高压、 耐高温、高频和低能耗等优点的SiC功率器件将受益于本土供应链优势，迎来发展新机遇。

信息来源：中国科技信息 / 2022碳化硅产业调研白皮书 / 安森美 / 纳微芯球 等；

文章来源：碳化硅研习社