SiC技术如何提高太阳能逆变器系统的效率

有望改变太阳能发电管理的材料技术是碳化硅 (SiC)。太阳能制造商利用这种神奇的材料制造出高效、坚固的太阳能逆变器系统,将光伏 (PV) 电池产生的直流电转化为家用和商用交流电。主要有三种逆变器架构:微型光伏逆变器、光伏组串逆变器和光伏集中逆变器。本文将介绍这些架构以及碳化硅在其中的应用。


碳化硅技术:历史悠久,历久弥新

科学家于 1891 年首次合成了碳化硅。碳化硅天然存在,但在地球上十分罕见。最初,碳化硅被用作磨料,并被用于各种结构和电气应用。如今,它已成为一种尖端的半导体材料,其性能远远超过传统的硅材料。


碳化硅面临的挑战是,尽管在一个多世纪前就已合成,但要将其制成纯度足够高的半导体仍然非常困难。与生产晶体管级硅不同(硅可以从液态加工成待切割晶体),SiC 晶体的生长涉及升华/沉积过程,即气体直接转化为固体。


因此,SiC 晶体管的制造比 Si 器件的制造更加复杂(也更加昂贵)。然而,由于碳化硅具有更强的特性,因此这种成本的比较并不总是公平的。碳化硅具有宽带隙,这意味着使用碳化硅制造的晶体管可以在比硅器件更高的电压、温度和频率范围内工作。


此外,碳化硅还是一种优于硅的导热材料,在高温下的导电性能也要好得多。碳化硅最重要的用途之一是用于太阳能逆变器系统。


太阳能逆变器系统如何使用碳化硅

在太阳能逆变器中使用碳化硅可带来诸多好处,包括:

  • 效率更高

  • 降低整个系统的体积和重量

  • 更好的热管理

  • 可靠性更高


由于碳化硅器件的导热和耐热性能比硅器件更好,因此在整个逆变器实施过程中,用于冷却的设计和元件费用通常较少。逆变器也可以更小,这意味着材料成本更低。加上上述其他性能优势,再加上 SiC 制造成本可能会随着未来的发展而降低,SiC 的价值主张看起来非常有吸引力。


太阳能逆变器(或逆变器阵列)制造完成后,必须安装到光伏 (PV) 系统中才能使用。太阳能安装人员有三种安装系统的主要方法/结构。


常见的三种光伏逆变器拓扑结构

逆变器将直流电转换为交流电 — 是一种通用技术。有人可能会说,太阳能逆变器是用来将光伏阵列的直流电转换成交流电的。光伏逆变器拓扑结构主要有三种:微型逆变器、组串逆变器和集中逆变器。每种拓扑结构都适用于不同的情况和规模。


太阳能逆变器应用指南


1. 微型逆变器

这里用复数“微型逆变器”最为准确,因为小型(微型)逆变器阵列可将太阳能电池板的直流电转换为交流电,为家庭或其他小型设施供电。每个太阳能部分产生 40 至 80VDC 的直流电,典型输出为 110V 或 230VAC。


这些设置非常灵活,总功率范围为 200 W 至 1.5 kW,效率适中,约为 96%。由于通常需要将多个逆变器运送到太阳能电池板并与之集成,因此 SiC 技术所允许的尺寸缩小在这种情况下尤其具有吸引力。然而,微型逆变器也是最昂贵的太阳能逆变器系统类型。


2. 组串式逆变器

太阳能电池板连接在一起(成串),向单个逆变器发送整体直流电。这种拓扑结构适用于 1 kW 到 200 kW 的功率范围,为从单个家庭到楼宇和工业建筑群的所有设备供电。输入电压最高可达 1500 VDC,三相输出电压最高可达 800 VAC。这种拓扑结构非常灵活,效率高达 98.5%。碳化硅的较高电压处理能力在此非常理想。


SiC 制造商 Infineon 设计了一款 1500 V PV 组串式逆变器参考设计,该设计采用了有源中性点箝位 (ANPC) SiC MOSFET 技术,工作频率为 48 kHz。按每千瓦成本计算,该设计比使用纯 IGBT 技术、频率为 16 kHz 的同类系统的成本低五到十个百分点。虽然在这种设计中使用 SiC 技术的半导体开关和驱动器的价格要比仅使用 IGBT 的同类产品高出一些,但它们可以节省大量的磁性元件,足以弥补最大的差额。


从长远来看,降低损耗和提高逆变器应用性能的潜力使基于 SiC 的系统更具吸引力。再加上储能解决方案 (ESS) 设置中的多重转换,使用升级版碳化硅技术的理由就更加充分了。以上概述的是光伏组串逆变器的实施情况,其他拓扑结构也将从 SiC 功能中获得类似的好处。


3. 中央逆变器

多串太阳能电池板接入一个中央逆变器。这种拓扑结构适用于电网级运营商,可产生超过 1000 kW(即超过千兆瓦)的电力。输入电压最高可达 1500 VDC,三相输出电压最高可达 690 VAC。这种技术在三种拓扑结构中可扩展性最低,但效率最高(高达 99%)。在这种情况下,SiC 的增压能力很有吸引力。集中式逆变器可以大规模应用碳化硅的高效特性。以每千瓦计算,中央逆变器是成本最低的太阳能逆变器系统类型。


碳化硅在太阳能发电方面的优势

虽然某些 SiC 特性在特定情况下更为理想,但 SiC 的所有优点都适用于所列的每种拓扑结构。随着技术的发展,成本/效益比将更具吸引力。Infineon、Microchip、onsemi、STMicroelectronics 和 Wolfspeed 等公司将继续推动 SiC 技术的发展,我们可以期待 SiC 能够提高太阳能行业及其他行业的功率效率。


作者:Jeremy Cook @Arrow Electronics





艾睿电子技术和方案 艾睿为数十万家领先的技术制造商和服务商驱动创新,致力于发展可帮助提升商业价值及改善生活的科技解决方案
评论
  •           近日受某专业机构邀请,参加了官方举办的《广东省科技创新条例》宣讲会。在与会之前,作为一名技术工作者一直认为技术的法例都是保密和侵权方面的,而潜意识中感觉法律有束缚创新工作的进行可能。通过一个上午学习新法,对广东省的科技创新有了新的认识。广东是改革的前沿阵地,是科技创新的沃土,企业是创新的主要个体。《广东省科技创新条例》是广东省为促进科技创新、推动高质量发展而制定的地方性法规,主要内容包括: 总则:明确立法目
    广州铁金刚 2025-02-28 10:14 103浏览
  • RGB灯光无法同步?细致的动态光效设定反而成为产品客诉来源!随着科技的进步和消费者需求变化,电脑接口设备单一功能性已无法满足市场需求,因此在产品上增加「动态光效」的形式便应运而生,藉此吸引消费者目光。这种RGB灯光效果,不仅能增强电脑周边产品的视觉吸引力,还能为用户提供个性化的体验,展现独特自我风格。如今,笔记本电脑、键盘、鼠标、鼠标垫、耳机、显示器等多种电脑接口设备多数已配备动态光效。这些设备的灯光效果会随着音乐节奏、游戏情节或使用者的设置而变化。想象一个画面,当一名游戏玩家,按下电源开关,整
    百佳泰测试实验室 2025-02-27 14:15 137浏览
  • 1,微软下载免费Visual Studio Code2,安装C/C++插件,如果无法直接点击下载, 可以选择手动install from VSIX:ms-vscode.cpptools-1.23.6@win32-x64.vsix3,安装C/C++编译器MniGW (MinGW在 Windows 环境下提供类似于 Unix/Linux 环境下的开发工具,使开发者能够轻松地在 Windows 上编写和编译 C、C++ 等程序.)4,C/C++插件扩展设置中添加Include Path 5,
    黎查 2025-02-28 14:39 140浏览
  • 更多生命体征指标风靡的背后都只有一个原因:更多人将健康排在人生第一顺位!“AGEs,也就是晚期糖基化终末产物,英文名Advanced Glycation End-products,是存在于我们体内的一种代谢产物” 艾迈斯欧司朗亚太区健康监测高级市场经理王亚琴说道,“相信业内的朋友都会有关注,最近该指标的热度很高,它可以用来评估人的生活方式是否健康。”据悉,AGEs是可穿戴健康监测领域的一个“萌新”指标,近来备受关注。如果站在学术角度来理解它,那么AGEs是在非酶促条件下,蛋白质、氨基酸
    艾迈斯欧司朗 2025-02-27 14:50 400浏览
  • 振动样品磁强计是一种用于测量材料磁性的精密仪器,广泛应用于科研、工业检测等领域。然而,其测量准确度会受到多种因素的影响,下面我们将逐一分析这些因素。一、温度因素温度是影响振动样品磁强计测量准确度的重要因素之一。随着温度的变化,材料的磁性也会发生变化,从而影响测量结果的准确性。因此,在进行磁性测量时,应确保恒温环境,以减少温度波动对测量结果的影响。二、样品制备样品的制备过程同样会影响振动样品磁强计的测量准确度。样品的形状、尺寸和表面处理等因素都会对测量结果产生影响。为了确保测量准确度,应严格按照规
    锦正茂科技 2025-02-28 14:05 134浏览
  • 在物联网领域中,无线射频技术作为设备间通信的核心手段,已深度渗透工业自动化、智慧城市及智能家居等多元场景。然而,随着物联网设备接入规模的不断扩大,如何降低运维成本,提升通信数据的传输速度和响应时间,实现更广泛、更稳定的覆盖已成为当前亟待解决的系统性难题。SoC无线收发模块-RFM25A12在此背景下,华普微创新推出了一款高性能、远距离与高性价比的Sub-GHz无线SoC收发模块RFM25A12,旨在提升射频性能以满足行业中日益增长与复杂的设备互联需求。值得一提的是,RFM25A12还支持Wi-S
    华普微HOPERF 2025-02-28 09:06 143浏览
  • 在2024年的科技征程中,具身智能的发展已成为全球关注的焦点。从实验室到现实应用,这一领域正以前所未有的速度推进,改写着人类与机器的互动边界。这一年,我们见证了具身智能技术的突破与变革,它不仅落地各行各业,带来新的机遇,更在深刻影响着我们的生活方式和思维方式。随着相关技术的飞速发展,具身智能不再仅仅是一个技术概念,更像是一把神奇的钥匙。身后的众多行业,无论愿意与否,都像是被卷入一场伟大变革浪潮中的船只,注定要被这股汹涌的力量重塑航向。01为什么是具身智能?为什么在中国?最近,中国具身智能行业的进
    艾迈斯欧司朗 2025-02-28 15:45 221浏览
  •         近日,广电计量在聚焦离子束(FIB)领域编写的专业著作《聚焦离子束:失效分析》正式出版,填补了国内聚焦离子束领域实践性专业书籍的空白,为该领域的技术发展与知识传播提供了重要助力。         随着芯片技术不断发展,芯片的集成度越来越高,结构也日益复杂。这使得传统的失效分析方法面临巨大挑战。FIB技术的出现,为芯片失效分析带来了新的解决方案。它能够在纳米尺度上对芯片进行精确加工和分析。当芯
    广电计量 2025-02-28 09:15 116浏览
  • 应用趋势与客户需求,AI PC的未来展望随着人工智能(AI)技术的日益成熟,AI PC(人工智能个人电脑)逐渐成为消费者和企业工作中的重要工具。这类产品集成了最新的AI处理器,如NPU、CPU和GPU,并具备许多智能化功能,为用户带来更高效且直观的操作体验。AI PC的目标是提升工作和日常生活的效率,通过深度学习与自然语言处理等技术,实现更流畅的多任务处理、实时翻译、语音助手、图像生成等功能,满足现代用户对生产力和娱乐的双重需求。随着各行各业对数字转型需求的增长,AI PC也开始在各个领域中显示
    百佳泰测试实验室 2025-02-27 14:08 252浏览
  • 美国加州CEC能效跟DOE能效有什么区别?CEC/DOE是什么关系?美国加州CEC能效跟DOE能效有什么区别?CEC/DOE是什么关系?‌美国加州CEC能效认证与美国DOE能效认证在多个方面存在显著差异‌。认证范围和适用地区‌CEC能效认证‌:仅适用于在加利福尼亚州销售的电器产品。CEC认证的范围包括制冷设备、房间空调、中央空调、便携式空调、加热器、热水器、游泳池加热器、卫浴配件、光源、应急灯具、交通信号模块、灯具、洗碗机、洗衣机、干衣机、烹饪器具、电机和压缩机、变压器、外置电源、消费类电子设备
    张工nx808593 2025-02-27 18:04 120浏览
  • 一、VSM的基本原理震动样品磁强计(Vibrating Sample Magnetometer,简称VSM)是一种灵敏且高效的磁性测量仪器。其基本工作原理是利用震动样品在探测线圈中引起的变化磁场来产生感应电压,这个感应电压与样品的磁矩成正比。因此,通过测量这个感应电压,我们就能够精确地确定样品的磁矩。在VSM中,被测量的样品通常被固定在一个震动头上,并以一定的频率和振幅震动。这种震动在探测线圈中引起了变化的磁通量,从而产生了一个交流电信号。这个信号的幅度和样品的磁矩有着直接的关系。因此,通过仔细
    锦正茂科技 2025-02-28 13:30 100浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦