在能源電子產業加速發展的背景下，全球光伏裝機量持續攀升，為碳化硅帶來可觀的市場增量。Yole研報預計，應用于光伏發電及儲能的碳化硅市場規模將在2025年達到3.14億美元，2019—2025年復合增長率為17%。同時，光伏組件功率密度的持續提升，也對碳化硅器件性能提出了更高的要求。要抓住光伏帶來的市場機遇，碳化硅廠商還需要在產品綜合性能、制備良率、供應鏈協作等多個維度發力。

　　碳化硅高度契合光伏逆變器演進方向

　　光伏逆變器將光伏面板產生的直流電轉化為交流電以用于電網，是太陽能光伏發電系統的核心部件。光伏逆變器的轉化效率，直接影響整個光伏系統的發電效率。

　　寬禁帶半導體的長處正是更高的能源轉化效率，其性能優勢與光伏逆變器的迭代需求有著較高的契合度。華為發布的智能光伏十大趨勢顯示，光伏電站向大功率、高可靠性發展已成為趨勢。以光伏逆變器為例，直流電壓已經由1100V提升到1500V。通過碳化硅、氮化鎵等新材料的應用，以及將數字技術與電力電子技術、熱管理技術等充分結合，預計未來5年逆變器的功率密度將再提升50%。

　　基本半導體工業業務部總監楊同禮向《中國電子報》記者表示，隨著太陽能電池板的尺寸和功率密度逐步增加，傳統的硅基器件已不能滿足光伏逆變器MPPT(最大功率點跟蹤)電路在效率和發熱方面的需求，各方面性能更優越的碳化硅功率器件上場應用成為必然趨勢。“相對硅器件而言，碳化硅功率器件能為光伏逆變器帶來更高的轉換效率、更低的能量損耗，從而有效縮小系統體積、增加功率密度、延長器件使用壽命、降低生產成本。”

　　安森美應用市場工程師賈鵬也向《中國電子報》表示，基于碳化硅的光伏逆變系統能夠在效率、體積和重量上做得更好。寬禁帶材料的優異特性允許基于其制造的半導體器件在高頻高溫高壓下工作，高頻意味著更小的電感體積和高頻條件下仍能接受的損耗，高溫意味著更好的散熱能力和更加緊湊的系統布局，高壓則代表著更高的母線電壓，將更大的傳輸功率或更小的由傳輸電流帶來的線路損耗變為可能。

　　對標光伏需求提升多項技術指標

　　面向光伏逆變器功率更大、效率更高、體積更小、成本更低，以及組串式逆變器配置靈活、易于安裝的發展方向，碳化硅供應商從多個技術指標入手，持續提升器件性能。

　　提升光伏逆變器的最大直流母線電壓，將提升光伏變電站的成本效益，這對碳化硅功率器件的電壓等級提出了更高的要求。在1100V的直流系統中，功率級別一般在8kW—150kW之間，100kW的低功率和中功率系統通常使用1200V和650V開關。當光伏逆變器從1100V做到1500V，功率器件的工作電壓也隨之提升。例如安森美的EliteSiC系列(包括碳化硅MOSFET、碳化硅二極管)，耐壓范圍為650V-1700V，可以覆蓋目前的1100V和1500V的光伏逆變器系統。其中1700V SiC MOSFET對應1500V直流母線的光伏逆變器產品。

　　而更高的功率密度，是光伏逆變器主要的升級方向，也考驗著碳化硅器件的綜合性能。比如基本半導體的第二代碳化硅MOSFET在比導通電阻、開關速度、開關損耗以及成本上進行了改善，以進一步提升客戶端光伏逆變器的功率密度。在碳化硅功率模塊方面，基本半導體推進工業級碳化硅二極管模塊、MOSFET模塊以及混合模塊的開發，以滿足百千瓦級別以上更高功率的光伏逆變器的應用需求。安徽芯塔電子也在新一代SiC MOSFET提升了器件的功率密度和效率，對比前一代產品具有更小的芯片尺寸、更低的米勒電容、更高的抗干擾能力，以更好地滿足光伏儲能對提升性價比、改善器件動態特性以及降低開關損耗的需求。

　　縮小體積以降低成本也是光伏逆變器的演進趨勢，尤其體現在微型逆變器和組串式逆變器上，碳化硅器件也需要做得更加緊湊并解決由此帶來的散熱問題。安森美推出了首款TOLL封裝650V SiC MOSFET，適配小尺寸高功率密度的產品，TOLL封裝的尺寸僅為9.9mm×11.68mm，比D2PAK封裝的PCB面積節省30%，同時具有更好的散熱和寄生電感。

　　此外，組串式逆變器模塊化、靈活可配置的特點，也需要碳化硅廠商提供更加靈活便捷的解決方案。英飛凌面向組串式逆變器的需求，推出了由950V IGBT7和1200V碳化硅二極管構成的MPPT模塊，采用了PressFIT壓接技術以降低安裝難度，并基于Easy模塊技術，讓客戶可以在不同的拓撲結構、電壓等級、封裝和技術之間進行選擇。

　　抓住市場增量考驗廠商綜合能力

　　要抓住光伏帶來的市場機遇，碳化硅廠商需要在產品綜合性能、制備良率、供應鏈協作等多個維度發力。

　　“由于光伏逆變器所處的戶外環境比較惡劣，以及運行周期長等原因，行業對碳化硅功率器件的可靠性等綜合性能的要求更加嚴苛，加之光伏行業競爭激烈，客戶不斷追求性價比，非常考驗碳化硅企業的綜合競爭力。”楊同禮說。

　　賈鵬也向記者指出，碳化硅是世界上第三硬的復合材料，且非常易碎，因此要注重碳化硅制備過程中的良率和質量。

　　“隨著碳化硅技術的不斷成熟和降本，大部分光伏逆變器中的超結MOSFET和IGBT會被替代，這對于整條碳化硅產業鏈來說是一個巨大的市場。然而，在擴大量產能力的同時保持良率和質量對于任何一家半導體公司都是一種挑戰，因此半導體企業會持續投資建廠或與龍頭客戶簽訂長期供應協議。如安森美等提供從晶圓到方案的碳化硅供應商，除了做好生產供應之外，還需要和客戶一起研究實際應用中碰到的問題，比如碳化硅替代后的散熱方案以及高頻工作帶來的其它干擾等等。”賈鵬說。

　　同樣值得注意的是，國內碳化硅產能還未大規模釋放，在布局光伏的過程中，要注重與本地產業鏈的協作，利用好貼近市場的優勢。

　　安徽芯塔電子科技有限公司市場經理周駿峰向《中國電子報》表示，國內碳化硅產業鏈都在積極擴產，但產能等方面與國際巨頭尚有差距。國內碳化硅產業要依靠國內產業鏈的合作與深度協同，才能更好地與國際巨頭競爭。例如，芯塔電子的SiC MOSFET產品未來會朝著15V驅動迭代，因為國內驅動芯片廠商大多供應15V的驅動芯片，配套容易，使客戶可以充分利用 SiC MOSFET 的優勢。

　　“基于對客戶終端應用的深刻理解，提前挖掘終端應用藍海市場，精準定義新產品，率先開發出有特色的功率器件和模塊，才能確保早期藍海市場的紅利。”周駿峰說。（張心怡）

　　 轉自：中國電子報