微型逆變器性能躍升：SiC器件的關(guān)鍵作用

隨著光伏儲能技術(shù)的崛起，SiC器件已成為微型逆變器性能提升的關(guān)鍵?？碨iC器件如何為光伏儲能帶來革命性的改變！

編者按：

在當(dāng)今能源轉(zhuǎn)型的大背景下，微型逆變器技術(shù)以其高效、可靠和靈活的特性，逐漸成為分布式能源系統(tǒng)的重要組成部分。而SiC器件作為一種具有優(yōu)異性能的半導(dǎo)體材料，其在微型逆變器中的應(yīng)用正日益受到業(yè)界的關(guān)注。

SiC器件以其高溫穩(wěn)定性、高開關(guān)頻率和低損耗等特性，在微型逆變器中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。其優(yōu)異的性能不僅可以提高逆變器的轉(zhuǎn)換效率，降低系統(tǒng)成本，還可以增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和安全性，為分布式能源系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供有力保障。

如何提升系統(tǒng)性能的同時，又能降低成本？如何提高產(chǎn)品的可靠性和耐用性？未來分布式能源系統(tǒng)中的發(fā)展前景會是如何？此次對話將圍繞“SiC器件在微型逆變器中的應(yīng)用”這一主題，結(jié)合SiC器件在微型逆變器設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用案例一一探討。

對話導(dǎo)覽：

1、如何看待當(dāng)前微型逆變器市場的發(fā)展現(xiàn)狀?SiC在微型逆變器中實(shí)現(xiàn)了多少的滲透率?

2、SiC器件在微型逆變器應(yīng)用中如何提升效率和性能?有何創(chuàng)新解決方案可以分享?

3、盡管SiC具有許多優(yōu)點(diǎn)，但其制造成本相對于傳統(tǒng)材料可能較高。在降低SiC器件成本和其可靠性、耐用性方面是如何綜合考量的?是否有典型的技術(shù)創(chuàng)新案例?

4、產(chǎn)業(yè)鏈下游的整機(jī)企業(yè)對上游的行業(yè)企業(yè)有哪些建議或期望?在合作中盡量滿足哪些需求，可以使雙方能夠共同推動光伏儲能逆變器市場發(fā)展?

5、在產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作方面，如何與下游整機(jī)企業(yè)開展合作?如何看待整機(jī)企業(yè)當(dāng)前重視的SiC器件質(zhì)量保證問題?

6、如何看待SiC器件在微型逆變器中的應(yīng)用趨勢和市場空間?

對話嘉賓：

1、如何看待當(dāng)前微型逆變器市場的發(fā)展現(xiàn)狀？SiC在微型逆變器中實(shí)現(xiàn)了多少的滲透率？

安森美莊偉君：隨著可再生能源的迅猛發(fā)展，特別是太陽能光伏發(fā)電的普及，微型逆變器以其小巧的體積、高安全性和靈活性，在分布式光伏領(lǐng)域尤其是戶用及小型工商業(yè)光伏場景中備受青睞，其市場規(guī)模正在不斷擴(kuò)大?，F(xiàn)階段，由于應(yīng)用場景對成本的敏感性較高，成為了限制SiC在光伏儲能微型逆變器中廣泛普及和高滲透率的主要障礙。業(yè)界普遍期待隨著供應(yīng)鏈的成熟、制造工藝的優(yōu)化以及市場需求的進(jìn)一步拉動，SiC器件的價格能夠逐步下降至更具競爭力的水平，從而加速其在光伏儲能微型逆變器市場中的滲透與應(yīng)用。

禾邁股份冷永生：目前，我接觸到的超過800V的光伏儲能微型逆變器中，MOS管及二極管主要使用SiC材料。而200V以下的低壓儲能微型逆變器則似乎仍使用普通的硅(Si)MOS。SiC主要應(yīng)用于高壓領(lǐng)域，特別是在800V以上的場景中。

光伏新能源行業(yè)黃軍：近年來，在雙碳戰(zhàn)略的背景下，全球各國家和地區(qū)密集出臺多項(xiàng)關(guān)于光伏儲能行業(yè)的支持政策，為行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展創(chuàng)造了良好的政策環(huán)境。據(jù)ARENA調(diào)研，2023年，全球光伏新增裝機(jī)容量約345.5GW，其中，中國光伏新增裝機(jī)容量為216.88GW，同比增長148.1%。SiC器件性能優(yōu)越，帶隙寬度大約是硅的3倍，其導(dǎo)熱率為硅的3.3 倍，具有高壓、高頻、高溫、高速的優(yōu)良特性，能夠大幅提升光伏逆變器的功率密度，提高電能轉(zhuǎn)換效率，降低損耗，減少重量和體積，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前SiC SBD在光伏儲能逆變器中已廣泛使用，SiC MOS當(dāng)前滲透率約不到10%(數(shù)據(jù)來源Yole)，但也在逐年快速提升。

陽光電源吳雄武：光伏儲能微型逆變器的應(yīng)用情況目前是比較廣泛的。SiC作為一種重要的材料，在多個部件和組件中都有應(yīng)用。例如，在輔助電路或系統(tǒng)、防逆流二極管、BGC組件等。

2、SiC器件在微型逆變器應(yīng)用中如何提升效率和性能?有何創(chuàng)新解決方案可以分享?

安森美莊偉君：使用SiC器件的微型逆變器可以實(shí)現(xiàn)更高的功率密度，全方位提升了逆變器的效率和整體性能，同時在相同的封裝體積內(nèi)，逆變器能處理更大的功率，這對于空間有限的分布式光伏儲能系統(tǒng)來說尤為重要，有助于優(yōu)化系統(tǒng)布局節(jié)省安裝空間。

憑借我們完整的SiC產(chǎn)品供應(yīng)鏈和領(lǐng)先市場的效率，安森美(onsemi)提供多款高性能SiC產(chǎn)品，包括650V和1200V的SiC MOSFET和SiC二極管，混合SiC模塊和全SiC模塊配合最新的F5BP封裝產(chǎn)品, 用于300kW+組串式逆變器, 215kW儲能PCS，這些產(chǎn)品有助于提高系統(tǒng)功率密度與轉(zhuǎn)換效率，從而降低整體系統(tǒng)成本。其中，1200V M3S EliteSiC MOSFET系列產(chǎn)品，具有領(lǐng)先業(yè)界的超低開關(guān)損耗Eon/Eoff值，可實(shí)現(xiàn)高頻開關(guān)，低反向恢復(fù)損耗，結(jié)到外殼的熱阻低，堅固可靠的技術(shù)符合AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)，可承受175°C的溫度，特別適用于光儲充中Boost升壓硬開關(guān)拓?fù)?650V EliteSiC MOSFET NTH4L015N065SC1和NTBL045N065SC是取代儲能系統(tǒng)應(yīng)用中硅基開關(guān)的理想選擇；EliteSiC功率集成模塊采用1200V NXH40B120MNQ0雙升壓和NXH010P120MNF1 2件裝半橋，可以在公用事業(yè)規(guī)模系統(tǒng)中提供更高的功率密度；1700V EliteSiC MOSFET NTH4L028N170M1能夠提供高功率工業(yè)應(yīng)用所需的更高擊穿電壓(BV)的SiC方案，兩款1700 V雪崩EliteSiC肖特基二極管(NDSH25170A、NDSH10170A)讓設(shè)計人員能夠?qū)崿F(xiàn)在高溫高壓下穩(wěn)定運(yùn)行，同時由SiC賦能高能效的設(shè)計。

士蘭微付友文：SiC器件與光伏逆變器的迭代方向高度契合，光伏逆變器正朝著高轉(zhuǎn)換效率、高功率密度、低能量損耗，系統(tǒng)體積縮小的方向發(fā)展，而SiC功率器件具備高頻、高溫、高壓等優(yōu)勢。采用SiC方案的光伏逆變器，整機(jī)系統(tǒng)效率可提升1%-2%左右，能量損耗降低50%以上，體積和重量減少40%-60%左右，可大幅降低系統(tǒng)度電成本及安裝維護(hù)成本?，F(xiàn)階段SiC MOS 方案逐步應(yīng)用于DC-DC(含MPPT)，可明顯提升性能，以及采用硅基IGBT+SiC SBD 混合方案，以SiC SBD 替換FRD來降低恢復(fù)損耗、提高電源效率。士蘭微通過發(fā)揮IDM一體化優(yōu)勢，基于士蘭化合物半導(dǎo)體生產(chǎn)線，推出的1200V SiC芯片性能指標(biāo)已達(dá)到國際領(lǐng)先水平，并同時研發(fā)650V、1700V、2000V等電壓段高性能SiC MOSFET芯片，及包含TO-247B-4L、TO-263-7L、TOLL、B10、B15、D4等多種封裝形式，適配光伏儲能逆變器應(yīng)用場合。

陽光電源吳雄武：SiC器件在光伏儲能應(yīng)用中的使用對提升效率和性能有著顯著的幫助。具體來說，SiC器件的集成度更高，這使得功率可以做得更大，電流也能達(dá)到更高的水平。這種高集成度、大功率和高電流的特性使得SiC器件在光伏儲能系統(tǒng)中能夠發(fā)揮重要作用，提高系統(tǒng)的整體效率和性能。因此，可以說SiC器件在光伏儲能應(yīng)用中的幫助是相當(dāng)大的。

3、盡管SiC具有許多優(yōu)點(diǎn)，但其制造成本相對于傳統(tǒng)材料可能較高。在降低SiC器件成本和其可靠性、耐用性方面是如何綜合考量的?是否有典型的技術(shù)創(chuàng)新案例?

禾邁股份冷永生：SiC器件相較于普通器件，其成本較高。當(dāng)應(yīng)用在800V以上的高壓微型逆變器時，盡管降低成本有技術(shù)優(yōu)化的空間，但我更關(guān)注器件本身的優(yōu)化。如果不合適或精力不足，不會考慮低成本的器件。在開發(fā)階段，我會優(yōu)先考慮性能而非成本，后期量產(chǎn)階段再考慮成本優(yōu)化。

安森美莊偉君：安森美是少數(shù)能夠提供從襯底到模塊的端到端SiC解決方案的廠商之一，這種垂直整合能力使公司能夠更好地控制產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，并確保供應(yīng)鏈的穩(wěn)定。通過對SiC晶圓生長、外延、器件設(shè)計、制造以及封裝測試等環(huán)節(jié)的全程掌控，安森美能夠優(yōu)化各階段的工藝流程，減少中間環(huán)節(jié)成本，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)效益。例如隨著市場對SiC器件的需求不斷增長，安森美加大了投資力度，擴(kuò)建了在韓國的SiC生產(chǎn)線。同時，安森美還計劃進(jìn)一步擴(kuò)大其在全球的研發(fā)和制造能力，以滿足日益增長的SiC市場需求。

此外，安森美采取了多項(xiàng)措施來確保SiC產(chǎn)品具有高質(zhì)量和高可靠性，包括通過外延生長前后的缺陷掃描、嚴(yán)格的工藝控制、對所有的芯片執(zhí)行100%雪崩測試、實(shí)施產(chǎn)品級老化測試來消除外部柵極氧化物故障，來確保制造質(zhì)量和可靠性。

士蘭微付友文：盡管多年以來，大到行業(yè)巨頭小到新晉廠商都在不斷加大力度推進(jìn) SiC器件成本的降低，但受限于材料、設(shè)計、制造工藝、設(shè)備等多方面因素，SiC器件的價格現(xiàn)在仍然普遍處于 Si器件價格 3 倍左右的高位。士蘭通過不斷對SiC器件設(shè)計和生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，提高產(chǎn)品性能和良率，從而降低器件的成本；同時也優(yōu)化整合供應(yīng)鏈，在保證產(chǎn)品性能和質(zhì)量的前提下積極選用國產(chǎn)化原材料，來推動器件成本優(yōu)化。

4、產(chǎn)業(yè)鏈下游的整機(jī)企業(yè)對上游的行業(yè)企業(yè)有哪些建議或期望?在合作中盡量滿足哪些需求，可以使雙方能夠共同推動微型逆變器市場發(fā)展?

禾邁股份冷永生：就研發(fā)來說，目前我們沒有遇到什么困難?？赡芫褪琴|(zhì)量保證方面要做好一些，因?yàn)槲覀儎偤糜龅竭^有一個SiC二極管貼片質(zhì)量問題，導(dǎo)致市場運(yùn)行一段時間后都損壞了，而且必須召回。當(dāng)時幸好沒有大批量使用。

陽光電源吳雄武：因?yàn)槟壳癝iC器件應(yīng)用方案都是相對成熟的系統(tǒng)方案，這些方案在結(jié)構(gòu)上大同小異，沒有太多新穎之處。但在評估SiC器件在實(shí)際應(yīng)用中的性能，某些參數(shù)在特定情況下對系統(tǒng)性能的影響可能更大，且目前尚不完全清楚其影響程度。

5、在產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作方面，如何與下游整機(jī)企業(yè)開展合作?如何看待整機(jī)企業(yè)當(dāng)前重視的SiC器件質(zhì)量保證問題?

安森美莊偉君：安森美通過多種方式與下游整機(jī)企業(yè)實(shí)現(xiàn)廣泛合作，包括與整機(jī)企業(yè)共同開展技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，針對特定應(yīng)用需求定制化設(shè)計SiC器件或模塊，確保產(chǎn)品性能、規(guī)格與整機(jī)系統(tǒng)高度匹配；為整機(jī)企業(yè)提供專業(yè)的SiC器件選型指導(dǎo)、系統(tǒng)級設(shè)計方案咨詢等技術(shù)支持服務(wù)，幫助整機(jī)企業(yè)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，充分發(fā)揮SiC器件的性能優(yōu)勢，降低系統(tǒng)總成本;與整機(jī)企業(yè)簽訂長期供應(yīng)協(xié)議，確保穩(wěn)定、及時的SiC器件供應(yīng)，避免市場供需波動對整機(jī)企業(yè)生產(chǎn)計劃的影響等……

整機(jī)企業(yè)當(dāng)前重視的SiC器件質(zhì)量保證問題，實(shí)際上是出于多方面的綜合考慮，例如SiC器件作為提升整機(jī)產(chǎn)品性能、能效和競爭力的關(guān)鍵組件，整機(jī)企業(yè)對SiC器件質(zhì)量的高度重視，反映了其對產(chǎn)品質(zhì)量控制和品牌聲譽(yù)的戰(zhàn)略關(guān)切。其次，SiC器件的高工作電壓、高開關(guān)頻率、高熱導(dǎo)率等特點(diǎn)，對器件的制造工藝、封裝技術(shù)、材料選擇以及系統(tǒng)集成提出了極高要求，整機(jī)企業(yè)關(guān)注SiC器件的質(zhì)量，實(shí)質(zhì)上是對這些技術(shù)細(xì)節(jié)的嚴(yán)格把關(guān)，確保器件在長期、嚴(yán)苛工況下的穩(wěn)定性和可靠性。再次，高質(zhì)量的SiC器件能夠降低整機(jī)產(chǎn)品的故障率和維護(hù)成本，延長產(chǎn)品使用壽命，從而為整機(jī)企業(yè)帶來長期的經(jīng)濟(jì)效益，與具備質(zhì)量保證能力的供應(yīng)商建立穩(wěn)定合作關(guān)系，有助于整機(jī)企業(yè)規(guī)避供應(yīng)鏈風(fēng)險，確保供應(yīng)鏈的連續(xù)性和靈活性。

士蘭微付友文：SiC器件的生產(chǎn)制造具有很多挑戰(zhàn)，相較于硅基器件，它需要開發(fā)新的高溫制造工藝，這些工藝會對器件的可靠性造成影響，通常會引發(fā)柵氧可靠性、閾值電壓漂移、體二極管退化以及dv/dt、di/dt失效問題。因此，SiC器件可靠性測試非常關(guān)鍵和重要。士蘭微電子依靠二十多年來的發(fā)展，已具備完善的可靠性測試能力和失效分析能力。士蘭檢驗(yàn)檢測中心承擔(dān)士蘭微電子研發(fā)測試和產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測責(zé)任，旨在驗(yàn)證和確認(rèn)產(chǎn)品的可靠性、準(zhǔn)確性和合規(guī)性。中心的檢測精度和廣度已達(dá)到國內(nèi)乃至國際頂尖水平。檢驗(yàn)檢測中心可以進(jìn)行多種環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目，包括高溫工作壽命試驗(yàn)、低溫工作壽命試驗(yàn)、高溫反向偏壓試驗(yàn)、高溫柵極偏壓試驗(yàn)、溫度循環(huán)試驗(yàn)、加速濕度-無偏高壓試驗(yàn)、高加速溫濕度應(yīng)力測試(HAST)試驗(yàn)、加速耐濕性無偏HAST試驗(yàn)、穩(wěn)態(tài)溫濕度偏置壽命試驗(yàn)、高低溫濕熱存儲壽命試驗(yàn)、高溫儲存壽命試驗(yàn)、低溫儲存壽命試驗(yàn)、間歇工作壽命試驗(yàn)、功率循環(huán)試驗(yàn)等，這些試驗(yàn)項(xiàng)目可以對產(chǎn)品在不同環(huán)境下的性能進(jìn)行測試，以評估產(chǎn)品的可靠性和適應(yīng)性。

6、如何看待SiC器件在微型逆變器中的應(yīng)用趨勢和市場空間?

禾邁股份冷永生：目前儲能光伏逆變器的發(fā)展越來越偏向于智能化，注重客戶的應(yīng)用體驗(yàn)和感覺。產(chǎn)品正在優(yōu)化各種服務(wù)方面，如支持Wi-Fi、通信、APP、網(wǎng)站和云平臺等，以提高實(shí)時通信速度、抗干擾能力和數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性。許多產(chǎn)品都在努力提升客戶的體驗(yàn)感。關(guān)于未來的市場空間和趨勢，目前國內(nèi)市場主要集中在大型、集中式的儲能需求，而國外個人客戶市場更為廣泛。

安森美莊偉君：全球范圍內(nèi)隨著可再生能源政策的推動、環(huán)保意識的提升以及技術(shù)成本的下降，光伏市場持續(xù)增長，儲能系統(tǒng)市場需求也在迅速擴(kuò)大。微型逆變器因其易于安裝、模塊化設(shè)計等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合住宅和商業(yè)屋頂光伏系統(tǒng)，與儲能系統(tǒng)的結(jié)合將進(jìn)一步提升系統(tǒng)靈活性和能源利用效率，因此光伏儲能微型逆變器市場本身具有巨大的增長潛力。

而SiC器件的高效率、高功率密度、高工作溫度、低損耗等特性與光伏儲能微型逆變器追求的高能效、小型化、輕量化、長期穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)契合，隨著SiC器件技術(shù)不斷成熟，制造工藝優(yōu)化、良率提升、規(guī)?；a(chǎn)等因素導(dǎo)致成本逐步下降，其經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢將更加凸顯，在逆變器中的應(yīng)用將愈發(fā)普遍，市場滲透率有望持續(xù)提升，提升用戶的投資回報率，為全球能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)重要力量。

光伏新能源行業(yè)黃軍：SiC在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展，從研發(fā)探索到商業(yè)化應(yīng)用至今還不足半個世紀(jì)，目前供應(yīng)基本上仍掌握在國外品牌中，產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)美、日、歐三足鼎立的競爭格局，前五大廠商份額約90%。然而，SiC在光伏儲能行業(yè)仍然是在探索發(fā)展階段，近幾年來，受到國內(nèi)積極政策和行業(yè)環(huán)境的推動，我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷提速，新增裝機(jī)、累計裝機(jī)量穩(wěn)居全球首位。隨著我國光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)具備了全球競爭力，SiC器件的應(yīng)用也邁入了新高度，國產(chǎn)品牌具有巨大的發(fā)展空間。

無錫聯(lián)動張弘杰：SiC器件在微型逆變器中的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，成為該領(lǐng)域使用較多的器件類型之一。過去，SiC主要被用于常規(guī)的高壓儲能系統(tǒng)中，特別是在儲能能力分析和組串應(yīng)用中起到了關(guān)鍵作用。然而，從當(dāng)前行業(yè)趨勢來看，SiC的應(yīng)用正在向更高頻率和更先進(jìn)的材料如氮化鎵(GaN)轉(zhuǎn)移。

陽光電源吳雄武：目前，在條件允許的情況下，即成本能夠滿足時，SiC會被優(yōu)先選擇使用。

結(jié)語：

SiC器件以其高溫穩(wěn)定性、高開關(guān)頻率和低損耗等卓越性能，為微型逆變器帶來了前所未有的性能提升和成本優(yōu)化，從而推動了分布式能源系統(tǒng)的快速發(fā)展。

技術(shù)創(chuàng)新是SiC器件在微型逆變器領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。隨著新材料的應(yīng)用、電路拓?fù)涞膬?yōu)化以及控制算法的改進(jìn)，SiC器件的性能不斷攀升，成本逐漸降低，使得其在市場應(yīng)用中更具競爭力。目前，SiC器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光伏、風(fēng)能等可再生能源領(lǐng)域，為能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展注入了新的活力。

展望未來，SiC器件在微型逆變器中的應(yīng)用前景更加廣闊。隨著全球?qū)Νh(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的重視程度不斷提高，分布式能源系統(tǒng)將得到更廣泛的應(yīng)用。而SiC器件憑借其優(yōu)異的性能和不斷的技術(shù)創(chuàng)新，將在這一領(lǐng)域發(fā)揮更加核心的作用。我們有理由相信，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場需求的不斷增長，SiC器件在微型逆變器中的應(yīng)用將迎來更大的普及規(guī)模，為全球能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和可持續(xù)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

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審核編輯 黃宇