光儲系統(tǒng)高壓化升級，2000V SiC MOSFET開始走進市場

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）功率SiC器件目前最大的應(yīng)用市場是電動汽車。在汽車應(yīng)用中，電動汽車的母線電壓普遍在400V左右，因此在主驅(qū)等部件中只需要用到750V耐壓的SiC MOSFET。近年來為了提升續(xù)航里程以及對電機輸出功率的高要求，各大汽車廠商開始推進800V高壓平臺上車，在800V平臺上就需要用到1200V耐壓的SiC MOSFET。

但在電動汽車之外，工業(yè)電源、光伏逆變器等應(yīng)用市場也不容忽視，而這些領(lǐng)域的系統(tǒng)母線電壓更高，因此如果要用SiC器件來提高系統(tǒng)效率，就需要有更高額定電壓值的SiC MOSFET產(chǎn)品。

光儲系統(tǒng)從1500V到2000V

光伏和儲能逆變器的主要發(fā)展方向，包括高效率、高功率密度、低系統(tǒng)成本。而要滿足這些要求，SiC是必不可少的核心元器件之一。根據(jù)瑞能半導(dǎo)體的數(shù)據(jù)，以DC-DC應(yīng)用為例，IGBT+硅FRD在兩電平的Boost拓撲電路中效率為96%，IGBT+碳化硅SBD的方案保持相同的工作頻率，效率可以提升至98.6%。

如果將硅IGBT也替換成SiC MOSFET，采用全碳化硅方案，那么效率能夠繼續(xù)提升0.6%到0.7%，達到99%以上。

而近年來，光伏儲能行業(yè)中，為了降低系統(tǒng)成本，行業(yè)在提高功率密度、長串化、系統(tǒng)端升壓等幾個部分來探索降本的空間。

其中長串化，就是增加光伏組串中串接的數(shù)量，提高單串功率。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為了減少光伏電池陣列與逆變器之間的線纜連接，一般是以組串的方式構(gòu)建光伏陣列，再將這些光伏陣列并聯(lián)進行匯流，再輸出給逆變器并入電網(wǎng)。

而單串電功率的提升，通過提升電壓而實現(xiàn)，這對系統(tǒng)中的逆變器等部分的元器件的耐壓值帶來了新的要求。

從光儲系統(tǒng)的發(fā)展來看，系統(tǒng)電壓呈現(xiàn)持續(xù)升高的態(tài)勢，從600V到1000V，再到目前常見的1500V，光儲系統(tǒng)基本已經(jīng)實現(xiàn)了從1000V到1500V的切換。這種變化，帶來的是降低整體系統(tǒng)成本，儲能系統(tǒng)初始投資成本可以降低10%以上。

從2023年開始，光伏逆變器以及光儲系統(tǒng)，開始邁向2000V。先是去年7月，陽光電源的2000V高壓逆變器投入到陜西孟家灣光伏項目中使用，這是2000V光伏系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)的第一次并網(wǎng)驗證。

據(jù)介紹，得益于系統(tǒng)電壓的提升，降低系統(tǒng)損耗的同時，逆變器、匯流箱、箱變等設(shè)備功率密度提升，基礎(chǔ)建設(shè)、設(shè)備運輸及后期維護等成本減少，同時由于串聯(lián)的組件數(shù)量增加，直流線纜用量、匯流箱數(shù)量、支架用鋼量等減少，綜合下來，單瓦BOS成本可降低2分錢以上。

今年3月，陽光電源發(fā)布了光儲2000V高壓系統(tǒng)技術(shù)。相比1500V系統(tǒng)，2000V系統(tǒng)下單組串的電池板數(shù)量可從26個增加至36個，CAPEX（初始投資）可節(jié)省4分/W，OPEX（全生命周期運維成本）可節(jié)省12.5分/W，整體系統(tǒng)效率提升0.5%～1%，以此可得出光伏項目全生命周期投資將可節(jié)省165億元/100GW。

在2000V的光伏系統(tǒng)中，上下游產(chǎn)業(yè)鏈也在持續(xù)推動相關(guān)零部件的落地。今年3月，晶科能源Tiger Neo系列光伏產(chǎn)品通過了UL認證，被認可能承受2000V系統(tǒng)電壓，成為全球首家獲得UL 2000V認證證書的企業(yè)。

在1500V 以及2000V的光伏儲能系統(tǒng)中，都能夠應(yīng)用到2000V的SiC MOSFET，近期也有不少廠商面向光伏逆變器、儲能系統(tǒng)等應(yīng)用，推出了2000V的SiC MOSFET產(chǎn)品。

多家廠商推出2000V SiC MOSFET產(chǎn)品

隨著光伏儲能的技術(shù)迭代需求，功率器件廠商也看到了市場機會，陸續(xù)推出2000V的SiC MOSFET產(chǎn)品。

英飛凌今年1月推出了多款型號為IMYH200R的2000V SiC MOSFET新品，規(guī)格為12mΩ、24mΩ、50mΩ、75mΩ、100mΩ，采用TO-247PLUS-4-HCC封裝，在嚴苛的高壓和開關(guān)頻率條件下，也能夠在保證系統(tǒng)可靠性的情況下提供更高的功率密度，在組串式逆變器、光伏儲能、充電樁等系統(tǒng)中實現(xiàn)更高效率，適用于最高1500 VDC的高直流電壓母線系統(tǒng)。

英飛凌表示，這是市場上首款阻斷電壓高達2000V的分立式 SiC MOSFET器件。與1700V SiC MOSFET相比，2000V SiC MOSFET器件還能為1500 VDC系統(tǒng)的過壓提供更高的裕量。

以IMYH200R012M1H為例，工作溫度支持-55℃-178℃，在25攝氏度環(huán)境下最大支持電流為123A、總功率損耗最大為552W。另外導(dǎo)通電阻為12mΩ，開關(guān)損耗極低。

國內(nèi)廠商方面，泰科天潤在去年的慕尼黑上海電子展上展出了2000V系列的SiC MOSFET單管產(chǎn)品，適用于1500V光伏系統(tǒng)，但未有詳細的參數(shù)公布。

基本半導(dǎo)體在去年10月發(fā)布了第二代SiC MOSFET平臺，并表示將推出2000V 24mΩ規(guī)格的SiC MOSFET系列產(chǎn)品，并開發(fā)了2000V 40A規(guī)格的SiC SBD進行配套使用，不過目前還未有相關(guān)器件的詳細信息公布。

在光伏儲能市場的發(fā)展下，繼英飛凌之后，相信很快會有更多的2000V SiC MOSFET產(chǎn)品進入市場，推動SiC器件加速進入光伏儲能高壓系統(tǒng)中。

小結(jié)：

從整體市場來看，IGBT所具備的成本優(yōu)勢，依然是很多光伏儲能應(yīng)用中的首選。但SiC功率器件在性能上的優(yōu)勢，能夠幫助提高系統(tǒng)能源利用效率，同時伴隨行業(yè)技術(shù)升級，SiC在光伏、儲能領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大?？梢灶A(yù)見，隨著SiC整體成本的持續(xù)下降，2000V SiC MOSFET也將會在未來更多地應(yīng)用到光伏儲能系統(tǒng)中。