碳化硅功率器件目前被廣泛用于電源、用于電池充電和牽引驅(qū)動(dòng)的電池電動(dòng)汽車（BEV）電源轉(zhuǎn)換、工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及太陽能和風(fēng)力發(fā)電逆變器等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)等應(yīng)用。讓我們更詳細(xì)地看一下與儲能相關(guān)的一些具體應(yīng)用示例。

SiC功率器件目前廣泛用于電源、用于電池充電和牽引驅(qū)動(dòng)的電池電動(dòng)汽車（BEV）電源轉(zhuǎn)換、工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及太陽能和風(fēng)能逆變器等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)等應(yīng)用。

碳化硅還支持未來的應(yīng)用，例如：

大規(guī)模可再生能源使用和儲能

中壓（>2 kV）工業(yè)驅(qū)動(dòng)器、列車、電網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換

快速充電一切

太陽能和電動(dòng)汽車的住宅儲能解決方案（ESS）

在每個(gè)家庭中安裝ESS以利用可再生能源，并與該家庭使用的電動(dòng)汽車進(jìn)行雙向連接，這是許多國家正在推動(dòng)的未來趨勢。這里的目標(biāo)是僅在必要時(shí)使用電網(wǎng)電源。在住宅太陽能應(yīng)用中，功率水平通常<15 kW，電壓范圍為90-240 V。例如，房屋屋頂上的太陽能電池板將提供直流電源為直流儲能電池（ESS）充電，連接到ESS的微型逆變器為家庭供電或返回電網(wǎng)。因此，需要雙向性。一些關(guān)鍵要求是尺寸、容量、效率和成本。與硅基電池相比，基于SiC的ESS電池充電具有許多優(yōu)勢。圖2顯示了一個(gè)具體示例，該示例說明了交流供電的15-20 kW充電器模塊。

例如，對于功率為400 kW或更高的EV電池進(jìn)行非車載充電時(shí)，電壓電平可以為100 V，在這種情況下，可以使用此類模塊的堆棧。與Si IGBT相比，更緊湊、更高效的SiC解決方案的效率提高了1-2%，功率密度提高了35-50%。由于SiC的較高開關(guān)頻率減小了無源器件的尺寸和成本，因此整體系統(tǒng)成本較低，而導(dǎo)通電阻隨溫度變化而降低，從而降低了傳導(dǎo)損耗。系統(tǒng)損耗的整體降低以及碳化硅導(dǎo)熱性的提高降低了冷卻成本。

工業(yè)太陽能MPPT升壓組串式逆變器

圖3所示的示例是一個(gè)60 kW MPPT（最大功率點(diǎn)跟蹤）升壓+組串式逆變器，可用于工業(yè)能源應(yīng)用。這里的直流電壓水平可能要高得多，例如800–1500 V，這在減少布線損耗方面具有優(yōu)勢。

這里比較的Si IGBT的開關(guān)頻率為10-15 kHz，因此需要較大的升壓電感器，而SiC的開關(guān)頻率為75-100 kHz?；赟iC的系統(tǒng)在提高功率轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，提供了高達(dá)3倍的尺寸優(yōu)勢和10倍的重量。這種尺寸/重量優(yōu)勢可以大大降低安裝成本。在公用事業(yè)規(guī)模的層面上，您可以擁有一堆這樣的組串式逆變器來轉(zhuǎn)換兆瓦功率水平，這種安裝成本優(yōu)勢被進(jìn)一步放大。

用以下公式表示ESOI（投資能源節(jié)省的能量）：

ESOI=使用生命周期內(nèi)節(jié)省的能源/生產(chǎn)SiC MOSFET與Si IGBT的邊際能源成本

結(jié)果表明，盡管碳化硅制造更復(fù)雜，使用更多的能源，但對于55 kW的太陽能組串式逆變器應(yīng)用，計(jì)算出的ESOI值為77至50，具體取決于位置（陽光較多的地方數(shù)字較高）。這意味著每年可節(jié)省100 kWh的能源，凸顯了提高能源效率在此類應(yīng)用中的關(guān)鍵作用。

從以上例子可以看出，碳化硅功率解決方案是未來綠色能源發(fā)電和儲能應(yīng)用的重要使能組件！

審核編輯：湯梓紅