De laboratórios a parques solares: salto de eficiência de 70% do SiC em inversores fotovoltaicos de próxima geração

1- Avanços contínuos no desempenho técnico: dupla melhoria da eficiência e da densidade de potência
O nível de tensão do dispositivo é atualizado para mais de 1700V
À medida que a tensão do autocarro de corrente contínua do inversor fotovoltaico é aumentada de 1100 V para 1500 V, a resistência à tensão dos dispositivos de carburo de silício é atualizada simultaneamente.Fabricantes como a On Mei introduziram produtos MOSFET SiC de 1700 V que podem ser combinados com plataformas de alta tensão de 1500 V para uma maior eficiência de transmissão de potência e menor perda de linha3..
Os MOSFETs de carburo de silício de segunda geração da Basic Semiconductor reduzem as perdas de comutação em 30% ao otimizar a resistência específica (Rsp para 2,8-3,3 mΩ) para atender às necessidades de inversores de 100 quilowatts.
Integração de módulos de potência e de alta frequência
A utilização de um módulo de refrigeração de dois lados (como um pacote IPM) e um circuito de acionamento integrado reduz a indutividade parasitária para menos de 5nH, suportando operações de alta frequência acima de 100 kHz,e o volume do sistema é reduzido em 40%.
O dispositivo compacto de carburo de silício no micro inversor melhorou a eficiência de dissipação de calor, reduziu o tamanho do pacote TOLL em 30% em comparação com as soluções tradicionais,e alcançou uma densidade de potência de 50 W/cm3

2. a redução dos custos impulsiona o rápido aumento da penetração no mercado
Aparece o efeito de escala
O preço dos dispositivos de carburo de silício continua a cair: o preço unitário do SiC SBD caiu de 4,1 yuans / A em 2017 para 1,4 yuans / A, o declínio médio anual do MOSFET atingiu 30%-40%,e o custo deverá ser próximo de 10,5 vezes a dos dispositivos à base de silício em 2026.
O objetivo de custo do substrato de carburo de silício da China foi reduzido de 3 000 yuans/peça em 2023 para 2 000 yuans/peça em 2026, promovendo a redução de custos de toda a cadeia industrial.
Solução híbrida reduz o limiar de aplicação
O esquema paralelo "sílico + carburo de silício" proposto pela Tesla adiciona parte dos dispositivos de carburo de silício com base em IGBT, e o custo é aumentado apenas em 50% a 60%,Mas a eficiência do sistema é significativamente melhorada e a resistência ao curto-circuito é aumentada, que tem sido aplicado em piloto no domínio do armazenamento de energia fotovoltaica.

3. a cadeia industrial coordenada para acelerar o processo de localização
A expansão da capacidade global e a substituição interna
Os gigantes internacionais Wolfspeed, Infineon e outros planejam aumentar a capacidade de produção de wafers de carburo de silício de 6 polegadas para 4,6 milhões de peças/ano (2026),Os fabricantes chineses como a SAN 'an Photoelectric alcançaram a produção em massa de substrato., a taxa de localização passará de 15% em 2020 para 40% em 2025.
Inovação na tecnologia de embalagens
Os processos de embalagem avançados, tais como a sinterização de prata e AMB (brasação ativa de metais) são popularizados,reduzindo a resistência térmica em 30% e prolongando a vida útil do dispositivo para 50 vezes a dos produtos à base de silício.

4Os cenários de aplicação abrangem toda a cadeia industrial
Dispositivos de base: os inversores fotovoltaicos dominam o mercado
A penetração do carburo de silício nos segmentos dos inversores Boost e DC/AC atingiu 35% e deverá exceder 50% até 2025.A eficiência de conversão dos inversores fotovoltaicos que utilizam carburo de silício excede 99%, e o custo da eletricidade por quilowatt-hora em todo o ciclo de vida é reduzido em 12%.
Apoio à inovação em matéria e equipamento
O suporte de barco de carburo de silício substitui o suporte de quartzo, a resistência à temperatura é aumentada para mais de 1600 ° C, a vida útil é prolongada para mais de 1 ano,e os custos de paragem e manutenção na produção de células fotovoltaicas são reduzidos.
Máquina cerâmica de escultura e fresagem para obter componentes de precisão de carburo de silício processamento de micrões, custos de produção reduzidos em 50% para promover o suporte fotovoltaico,Quadro e outras partes estruturais leves.

5Desafios e estratégias de enfrentamento
Engarrafamento técnico
A interferência eletromagnética (EMI) causada pelo interruptor de alta frequência deve ser suprimida, o circuito de acionamento deve corresponder à taxa de mudança dv/dt de 100 kV/μs,e o desenvolvimento de chips de driver personalizados tornou-se um foco.
Sistema de verificação da fiabilidade
Estabelecer um padrão de ensaio de intemperismo acelerado de 10 anos em ambientes externos adversos (alta temperatura, alta umidade, salinidade), exigindo uma taxa de falha do dispositivo inferior a 0,1%/1000 horas.

Conclusão
A tecnologia do carburo de silício no campo fotovoltaico está passando por uma transição de três etapas de "performance breakthrough - cost exploration - scene expansion".O mercado mundial de carburo de silício fotovoltaico excederá 80,9 mil milhões de dólares e os avanços tecnológicos das empresas chinesas na preparação de substratos,A utilização de embalagens de módulos e outras ligações promoverá a reconstrução do padrão industrial globalA futura iteração tecnológica deve concentrar-se no controlo de defeitos, na otimização da integração dos sistemas e na construção de sistemas normalizados.