В быстро развивающейся сфере возобновляемой энергетикиСистема хранения энергии(ESS) стала важнейшей опорой стабильности сети. В основе любой ESS лежит система преобразования энергии (PCS), основное оборудование, отвечающее за двунаправленное преобразование мощности переменного/постоянного тока. Производительность, эффективность и надежность PCS в значительной степени определяются лежащими в ее основе силовыми полупроводниковыми переключателями. В настоящее время в этой области доминируют две основные технологии: традиционные кремниевые-биполярные транзисторы с изолированным затвором (SiC IGBT) и полевые МОП-транзисторы нового-поколения из карбида кремния (SiC).
Прорыв в SiC: более высокая эффективность и минимальные потери
Однако поскольку требования к хранению энергии требуют более высокой плотности мощности и большей интеграции, устройства на базе кремния- приближаются к своим физическим пределам. Именно здесь МОП-транзисторы из карбида кремния (SiC) вступают в игру как разрушительная сила. Будучи полупроводником с широкой-зонной зоной (WBG), карбид кремния обладает собственными свойствами материала, которые позволяют ему работать на значительно более высоких частотах переключения, одновременно снижая потери энергии переключения на 50–70 % по сравнению с традиционными IGBT.
Помимо эффективности, устройства SiC обладают превосходной теплопроводностью и могут выдерживать гораздо более высокие рабочие температуры. Поскольку SiC выделяет значительно меньше тепла, инженеры могут значительно уменьшить размеры тяжелых радиаторов охлаждения или даже перейти от сложных систем жидкостного-охлаждения к более простому принудительному-воздушному охлаждению.
Переход на 800 В и путь к мейнстриму будущего
В настоящее время в отрасли наблюдается масштабный архитектурный сдвиг в сторону аккумуляторных платформ с напряжением 800 В-и даже 1500 В-высокого-напряжения, позволяющих максимизировать пропускную способность и минимизировать потери в кабелях. При таких повышенных пороговых значениях напряжения традиционные IGBT страдают от возрастающих потерь при переключении, часто требующих сложных много-топологий, которые повышают уязвимость системы. SiC MOSFET с высокой напряженностью электрического поля пробоя легко справляются с средами с высоким-напряжением, используя более простые и элегантные схемы.
Следовательно, SiC быстро переходит от альтернативы премиум-класса к распространенному в отрасли пути обновления. Хотя в настоящее время чипы SiC имеют более высокую стоимость отдельных компонентов, чем IGBT, совокупная экономия, достигаемая за счет меньших корпусов, уменьшенного управления температурным режимом и экономии энергии в течение всего срока службы, представляет собой убедительное экономическое обоснование. В дальнейшем SiC постепенно заменит традиционные IGBT в устройствах средней---мощности и в конечном итоге станет стандартной конфигурацией для систем хранения энергии коммерческого, промышленного и коммунального-масштаба во всем мире.