绿色环保意识和法规在推动电动汽车市场发展，它们助力电池技术和基于碳化硅（SiC）器件设计不断创新，从而促进绿色能源发电的转型。
现在，扩大可再生能源的需求至关重要。日益变化的气候问题，化石燃料供应链问题以及长期有限化石燃料资源难以满足日益增长的能源需求，这些因素都使天平向区域性绿色能源倾斜。
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太阳能电池板和相关的电子器件变得更加高效，同时相对于化石燃料还实现了更低的成本，其发展步伐比风能和水力发电都更快。全球各国政府正通过商业激励和法规支持，在此基础上进一步推动发展。
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气候变化加剧恶化了风能和太阳能发电的间歇性特征[2]，而采用储能系统可以缓解这一问题。电池技术的改进带来了容量的扩充和成本的降低，而基于 SiC 器件的设计使这些系统更加高效。
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太阳能光伏的一个关键优势在于其广泛的可扩展性，从住宅应用的几千瓦到公用事业规模的数兆瓦太阳能发电站，各种场合均可采用。与高功率和昂贵的公用事业规模投资中最为可行的风能和水力发电不同的是，太阳能适合多种系统配置。
最大功率点跟踪器（MPPT）是一种直流-直流（DC-DC）升压电路，从面板阵列获取变化的电压，并向内部总线供应更高的恒定电压（图 1）。然后，逆变器将更稳定的直流电转换为电网的标准交流电。在储能系统实施中，一个双向 DC-DC 降压-升压（Buck-Boost）电路充当电池充电机。如果储能系统需要从电网充电，逆变器也需要是双向的。
▲ 图 1：太阳能面板至电网系统概述
#3
SiC 技术提升
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在大多数应用中的开关频率提高至 3 倍 -
系统效率提高约 2% 并且损耗降低约 40% -
高达 50% 的功率密度（体积为其1/3，重量为其1/10） -
更小的无源器件和散热器体积 -
降低系统 BOM 总成本
尽管 SiC 肖特基二极管长期以来被用于 MPPT 升压电路以提高效率，然而现在更广泛的采用全 SiC MOSFET 方案来实现。例如，Wolfspeed CRD-60DD12N 15 kW × 4 通道升压转换器参考设计提供 99.5% 的能源效率和 78 kHz 的开关能力。与硅相比，这种设计的能量效率提高了 1% - 2%，损耗减少了约 70%，功率密度提高至 3 倍，重量减轻为 1/10。所有这些性能都以更低的系统实施成本实现。
SiC 会对 AFE 部分带来类似的影响。六开关硅 IGBT 实施的成本相对较低，并且简单易用，因此得到了广泛使用（图 2）。然而，其开关频率限制在最高约 20 kHz，并且其频率在高功率水平下会大幅降低。虽然通过使用硅超结（SJ）器件的多级拓扑结构，设计师能够通过高频开关和良好系统效率实现所需的高电压电平，但代价是控制更为复杂，同时更多的开关以及相关的器件驱动器会导致器件数量和 BOM 成本大幅增加。Wolfspeed CRD25AD12N-FMC 22 kW AFE 参考设计证明了这一点。
▲ 图 2：SiC 使得 AFE 设计更为简单高效，同时成本更低
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能耗降低 40%，从而实现
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更低的系统温度，更高的系统可靠性和使用寿命 -
更小的散热器，甚至有可能消除主动冷却
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系统级效率提高 2% -
功率密度提高 50% -
系统成本降低 18%
#4
大功率 SiC 助力打造未来
在当今的集中式逆变器中 SiC 将提供单极开关，而不是双极开关，这可以实现相同的效率，并且具有重量、尺寸和成本优势。这项新的技术还将影响全新的领域，包括电力电子变压器、风力发电和轨道交通。
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IEA, Renewable Energy Market Update - May 2022 (https://www.iea.org/reports/renewable-energy-market-update-may-2022) -
euronews.green, Powering up wind energy in a world of climate variability (https://www.euronews.com/green/2022/05/25/powering-up-wind-energy-in-a-world-of-climate-variability)
原文始发于微信公众号（WOLFSPEED）：碳化硅技术助力绿色环保替代方案进入良性循环
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