光储系统高压化升级，2000V SiC MOSFET开始走进市场

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）功率SiC器件目前最大的应用市场是电动汽车。在汽车应用中，电动汽车的母线电压普遍在400V左右，因此在主驱等部件中只需要用到750V耐压的SiC MOSFET。近年来为了提升续航里程以及对电机输出功率的高要求，各大汽车厂商开始推进800V高压平台上车，在800V平台上就需要用到1200V耐压的SiC MOSFET。
 
但在电动汽车之外，工业电源、光伏逆变器等应用市场也不容忽视，而这些领域的系统母线电压更高，因此如果要用SiC器件来提高系统效率，就需要有更高额定电压值的SiC MOSFET产品。
 
光储系统从1500V到2000V
 
光伏和储能逆变器的主要发展方向，包括高效率、高功率密度、低系统成本。而要满足这些要求，SiC是必不可少的核心元器件之一。根据瑞能半导体的数据，以DC-DC应用为例，IGBT+硅FRD在两电平的Boost拓扑电路中效率为96%，IGBT+碳化硅SBD的方案保持相同的工作频率，效率可以提升至98.6%。
 
如果将硅IGBT也替换成SiC MOSFET，采用全碳化硅方案，那么效率能够继续提升0.6%到0.7%，达到99%以上。
 
而近年来，光伏储能行业中，为了降低系统成本，行业在提高功率密度、长串化、系统端升压等几个部分来探索降本的空间。
 
其中长串化，就是增加光伏组串中串接的数量，提高单串功率。在光伏发电系统中，为了减少光伏电池阵列与逆变器之间的线缆连接，一般是以组串的方式构建光伏阵列，再将这些光伏阵列并联进行汇流，再输出给逆变器并入电网。
 
而单串电功率的提升，通过提升电压而实现，这对系统中的逆变器等部分的元器件的耐压值带来了新的要求。
 
从光储系统的发展来看，系统电压呈现持续升高的态势，从600V到1000V，再到目前常见的1500V，光储系统基本已经实现了从1000V到1500V的切换。这种变化，带来的是降低整体系统成本，储能系统初始投资成本可以降低10%以上。
 
从2023年开始，光伏逆变器以及光储系统，开始迈向2000V。先是去年7月，阳光电源的2000V高压逆变器投入到陕西孟家湾光伏项目中使用，这是2000V光伏系统在全球范围内的第一次并网验证。
 
据介绍，得益于系统电压的提升，降低系统损耗的同时，逆变器、汇流箱、箱变等设备功率密度提升，基础建设、设备运输及后期维护等成本减少，同时由于串联的组件数量增加，直流线缆用量、汇流箱数量、支架用钢量等减少，综合下来，单瓦BOS成本可降低2分钱以上。
 
今年3月，阳光电源发布了光储2000V高压系统技术。相比1500V系统，2000V系统下单组串的电池板数量可从26个增加至36个，CAPEX（初始投资）可节省4分/W，OPEX（全生命周期运维成本）可节省12.5分/W，整体系统效率提升0.5%～1%，以此可得出光伏项目全生命周期投资将可节省165亿元/100GW。
 
在2000V的光伏系统中，上下游产业链也在持续推动相关零部件的落地。今年3月，晶科能源Tiger Neo系列光伏产品通过了UL认证，被认可能承受2000V系统电压，成为全球首家获得UL 2000V认证证书的企业。
 
在1500V 以及2000V的光伏储能系统中，都能够应用到2000V的SiC MOSFET，近期也有不少厂商面向光伏逆变器、储能系统等应用，推出了2000V的SiC MOSFET产品。
 
多家厂商推出2000V SiC MOSFET产品
 
随着光伏储能的技术迭代需求，功率器件厂商也看到了市场机会，陆续推出2000V的SiC MOSFET产品。
 
英飞凌今年1月推出了多款型号为IMYH200R的2000V SiC MOSFET新品，规格为12mΩ、24mΩ、50mΩ、75mΩ、100mΩ，采用TO-247PLUS-4-HCC封装，在严苛的高压和开关频率条件下，也能够在保证系统可靠性的情况下提供更高的功率密度，在组串式逆变器、光伏储能、充电桩等系统中实现更高效率，适用于最高1500 VDC的高直流电压母线系统。
 
英飞凌表示，这是市场上首款阻断电压高达2000V的分立式 SiC MOSFET器件。与1700V SiC MOSFET相比，2000V SiC MOSFET器件还能为1500 VDC系统的过压提供更高的裕量。
 
以IMYH200R012M1H为例，工作温度支持-55℃-178℃，在25摄氏度环境下最大支持电流为123A、总功率损耗最大为552W。另外导通电阻为12mΩ，开关损耗极低。
 
国内厂商方面，泰科天润在去年的慕尼黑上海电子展上展出了2000V系列的SiC MOSFET单管产品，适用于1500V光伏系统，但未有详细的参数公布。
 
基本半导体在去年10月发布了第二代SiC MOSFET平台，并表示将推出2000V 24mΩ规格的SiC MOSFET系列产品，并开发了2000V 40A规格的SiC SBD进行配套使用，不过目前还未有相关器件的详细信息公布。
 
在光伏储能市场的发展下，继英飞凌之后，相信很快会有更多的2000V SiC MOSFET产品进入市场，推动SiC器件加速进入光伏储能高压系统中。
 
小结：
 
从整体市场来看，IGBT所具备的成本优势，依然是很多光伏储能应用中的首选。但SiC功率器件在性能上的优势，能够帮助提高系统能源利用效率，同时伴随行业技术升级，SiC在光伏、储能领域的应用潜力巨大。可以预见，随着SiC整体成本的持续下降，2000V SiC MOSFET也将会在未来更多地应用到光伏储能系统中。