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碳中和的隱形“風(fēng)口”，SiC產(chǎn)業(yè)鏈迎來光伏市場發(fā)展機(jī)遇

發(fā)布時間:

2022-02-21

隨著整個光伏市場景氣發(fā)展，做為光伏系統(tǒng)大腦的光伏逆變器市場也迎來了發(fā)展風(fēng)口，逆變器在光伏系統(tǒng)中承擔(dān)著整個系統(tǒng)的交直流轉(zhuǎn)換、功率控制、并離網(wǎng)切換等重要功能。 光伏逆變器是可以將光伏(PV)太陽能板產(chǎn)生的可變直流電壓轉(zhuǎn)換為市電頻率交流電(AC)的逆變器，可以反饋回商用輸電系統(tǒng)，或是供離網(wǎng)的電網(wǎng)使用。光伏逆變器中機(jī)構(gòu)件成本占比最高，為25%。 光伏逆變器成本占比情況 預(yù)計(jì)到2025年全球逆變器需求達(dá)到455GW，其中國內(nèi)逆變器需求143GW，海外逆變器需求312GW;逆變器市場規(guī)模832億元，其中國內(nèi)逆變器市場規(guī)模159億元，海外逆變器市場規(guī)模將達(dá)673億元。 碳化硅器件是光伏逆變器降本的良好途徑 目前，國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)正在邁入 “大組件、大逆變器、大跨度支架、大組串” 這樣的 “大時代”。其中，大組串節(jié)省支架、土地和人工的效果明顯，在組件價格觸底且在系統(tǒng)比重越來越小的今天，意義越發(fā)凸顯。目前第一輪的尺寸提升已初步完成，而HIT等高效電池技術(shù)效率提升、成本降低的工作還有一段路要走。 隨著行業(yè)邁入 “后1500V” 以及 “20A大電流” 時代，要建成更大組串，進(jìn)一步降低成本，目前常見的有兩種辦法： 一是降低組件工作電壓。 二是提高電站的電壓等級，近年來光伏電站電壓等級從1000V提升至1500V，就必須使用第三代半導(dǎo)體材料也就是碳化硅功率器件。據(jù)了解，目前業(yè)內(nèi)在研發(fā)1700V甚至2000V及以上電壓等級技術(shù)，碳化硅的性能優(yōu)勢將進(jìn)一步凸顯。 有人要問，碳化硅的價格目前比硅要高出幾倍，為什么還會有價格優(yōu)勢? 實(shí)際上，在光伏發(fā)電的系統(tǒng)當(dāng)中，硅基的逆變器的成本占到系統(tǒng)的10%左右，但它卻是系統(tǒng)損耗的一個主要來源。如果通過使用碳化硅功率模塊的光伏逆變器，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率可以從96%提升到99%以上，能量損耗能夠降低50%以上，能夠顯著的提高循環(huán)設(shè)備的使用壽命，能夠降低系統(tǒng)的體積，增加功率密度，從而降低生產(chǎn)成本。 實(shí)際上，在光伏逆變器企業(yè)降本之路的探索上，通過元器件升級，提高功率密度一直是提效降本最主要方式：效率更高，體積更小，發(fā)熱量更低，同時耐高溫性能更好也讓產(chǎn)品更加可靠。 近年來，集中式逆變器的箱體越來越小就是功率器件升級的最直觀體現(xiàn)，而同樣體積的中小型逆變器，功率則提高了數(shù)倍，目前組串式光伏逆變器功率做到了275kW，與功率器件升級密不可分。 這時，寬禁帶半導(dǎo)體的優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來了。碳化硅(SiC)的擊穿電壓是傳統(tǒng)硅器件的十倍以上，并具有比硅更低的導(dǎo)通電阻，柵極電荷和反向恢復(fù)電荷特性，以及更高的熱導(dǎo)率。這些特性意味著SiC器件可以在比硅器件更高的電壓，頻率和電流下切換，同時更有效地管理散熱。由于功率轉(zhuǎn)換效率與開關(guān)頻率直接相關(guān)，因此碳化硅器件既可以處理比硅器件更高的電壓，又可以確保超高開關(guān)和導(dǎo)通頻率。 當(dāng)前，從行業(yè)發(fā)展趨勢來看，采用碳化硅器件可有效提高光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換效率，碳化硅MOSFET或碳化硅MOSFET與碳化硅SBD結(jié)合的功率模塊的光伏逆變器，轉(zhuǎn)換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設(shè)備循環(huán)壽命提升50倍。

隨著整個光伏市場景氣發(fā)展，做為光伏系統(tǒng)大腦的光伏逆變器市場也迎來了發(fā)展風(fēng)口，逆變器在光伏系統(tǒng)中承擔(dān)著整個系統(tǒng)的交直流轉(zhuǎn)換、功率控制、并離網(wǎng)切換等重要功能。

光伏逆變器是可以將光伏(PV)太陽能板產(chǎn)生的可變直流電壓轉(zhuǎn)換為市電頻率交流電(AC)的逆變器，可以反饋回商用輸電系統(tǒng)，或是供離網(wǎng)的電網(wǎng)使用。光伏逆變器中機(jī)構(gòu)件成本占比最高，為25%。

光伏逆變器成本占比情況


預(yù)計(jì)到2025年全球逆變器需求達(dá)到455GW，其中國內(nèi)逆變器需求143GW，海外逆變器需求312GW;逆變器市場規(guī)模832億元，其中國內(nèi)逆變器市場規(guī)模159億元，海外逆變器市場規(guī)模將達(dá)673億元。

碳化硅器件是光伏逆變器降本的良好途徑

目前，國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)正在邁入 “大組件、大逆變器、大跨度支架、大組串” 這樣的 “大時代”。其中，大組串節(jié)省支架、土地和人工的效果明顯，在組件價格觸底且在系統(tǒng)比重越來越小的今天，意義越發(fā)凸顯。目前第一輪的尺寸提升已初步完成，而HIT等高效電池技術(shù)效率提升、成本降低的工作還有一段路要走。

隨著行業(yè)邁入 “后1500V” 以及 “20A大電流” 時代，要建成更大組串，進(jìn)一步降低成本，目前常見的有兩種辦法：

一是降低組件工作電壓。

二是提高電站的電壓等級，近年來光伏電站電壓等級從1000V提升至1500V，就必須使用第三代半導(dǎo)體材料也就是碳化硅功率器件。據(jù)了解，目前業(yè)內(nèi)在研發(fā)1700V甚至2000V及以上電壓等級技術(shù)，碳化硅的性能優(yōu)勢將進(jìn)一步凸顯。

有人要問，碳化硅的價格目前比硅要高出幾倍，為什么還會有價格優(yōu)勢?

實(shí)際上，在光伏發(fā)電的系統(tǒng)當(dāng)中，硅基的逆變器的成本占到系統(tǒng)的10%左右，但它卻是系統(tǒng)損耗的一個主要來源。如果通過使用碳化硅功率模塊的光伏逆變器，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率可以從96%提升到99%以上，能量損耗能夠降低50%以上，能夠顯著的提高循環(huán)設(shè)備的使用壽命，能夠降低系統(tǒng)的體積，增加功率密度，從而降低生產(chǎn)成本。

實(shí)際上，在光伏逆變器企業(yè)降本之路的探索上，通過元器件升級，提高功率密度一直是提效降本最主要方式：效率更高，體積更小，發(fā)熱量更低，同時耐高溫性能更好也讓產(chǎn)品更加可靠。

近年來，集中式逆變器的箱體越來越小就是功率器件升級的最直觀體現(xiàn)，而同樣體積的中小型逆變器，功率則提高了數(shù)倍，目前組串式光伏逆變器功率做到了275kW，與功率器件升級密不可分。

這時，寬禁帶半導(dǎo)體的優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來了。碳化硅(SiC)的擊穿電壓是傳統(tǒng)硅器件的十倍以上，并具有比硅更低的導(dǎo)通電阻，柵極電荷和反向恢復(fù)電荷特性，以及更高的熱導(dǎo)率。這些特性意味著SiC器件可以在比硅器件更高的電壓，頻率和電流下切換，同時更有效地管理散熱。由于功率轉(zhuǎn)換效率與開關(guān)頻率直接相關(guān)，因此碳化硅器件既可以處理比硅器件更高的電壓，又可以確保超高開關(guān)和導(dǎo)通頻率。

當(dāng)前，從行業(yè)發(fā)展趨勢來看，采用碳化硅器件可有效提高光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換效率，碳化硅MOSFET或碳化硅MOSFET與碳化硅SBD結(jié)合的功率模塊的光伏逆變器，轉(zhuǎn)換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設(shè)備循環(huán)壽命提升50倍。