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首創: 弗朗霍夫推出碳化硅中壓組串逆變器

筆者從德國Fraunhofer ISE太陽能系統研究所官網獲悉,該研究所“MS-LeiKra”團隊采用碳化硅中壓組串式逆變器,成功將光伏發電并網電壓提升至1500V,實現光伏并網從低電壓向中電壓的轉變。

1.更高電壓–更低成本

更高電壓意味著更低的電網建設和電流傳送成本。

據統計,一個中等規模的光伏電站所使用的電纜長達數十公里。當并網電壓在800伏時,一個250KW的組串逆變器通常配置最小橫斷面為120平方毫米的電纜;而如果把電壓提高到1500伏,電纜橫截面可減至35平方毫米,如此每公里電纜的銅消耗量會減少約700公斤。

此外,更高的電壓意味著相同功率下更低的電流,也意味著光伏電站電纜上的電流線損會更低,能效會跟高。

因此,從當前標準并網電壓400Vac – 800Vac,升級到1000Vac – 1500Vac,這是電力系統設計的重要課題。目前行業還沒有1000Vac以上的產品和使用標準。

2.更高電壓–更大挑戰

然而,更高的電壓,意味著對系統設備更大的挑戰。

對于組串式逆變器來說,提高電壓意味著要建立一個更高效率和更緊湊型的設計體系,但這對基于硅半導體的逆變器是一個挑戰,包括散熱、電流密度等各種問題。

碳化硅則是該問題的最好解決方案。采用碳化硅作為半導體器件的逆變器,可以實現高速開關,具有低導通電阻、大電流承受能力和更好散熱效果、更高工作溫度等特點;采用全橋拓撲結構,通過PWM信號控制功率開關管的開關狀態,可實現對電壓、電流的精確調節。

綜合來說,碳化硅逆變器的高效率、高頻特性、高溫性能和小型輕量化,可以幫助光伏電站系統設計小型化、高效化和更低成本。但碳化硅器件同樣存在成本高、制程難度大、開發難度大等問題,碳化硅和絕緣二氧化硅材料界面的缺陷仍然可能是這類設備的一個問題。

3.碳化硅–大勢所趨

耐高溫、耐高壓、抗高頻、大功率的電氣特性使碳化硅成為電力電子、射頻等領域的寵兒,在光伏行業趨勢明確,逆變器應用碳化硅優勢突出。

隨著光伏行業全面進軍“1500V”以及“20A大電流”時代,要建成更大組串,就需要進一步降低組件工作電壓和提高電站的電壓等級。采用SiC后,光伏逆變器系統轉化效率可從96%提升到99%以上,能量損耗降低30%以上,功率密度增加50%,能顯著提高循環設備的使用壽命,降低系統的體積,節約系統成本10%。

在全球碳中和的驅動背景下,不只是光伏,包括風電、充電樁等應用領域,碳化硅的應用與市場規?;驅⑸仙揭粋€新的高度。

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