市場(chǎng)觀點(diǎn):碳化硅產(chǎn)品在光伏逆變器市場(chǎng)中占比持續(xù)提升
光伏逆變器是可以將光伏(PV)太陽(yáng)能板產(chǎn)生的可變直流電壓轉(zhuǎn)換為市電頻率交流電(AC)的逆變器,可以反饋回商用輸電系統(tǒng),或是供離網(wǎng)的電網(wǎng)使用。光伏逆變器中機(jī)構(gòu)件成本占比最高,為25%,電感、半導(dǎo)體器件成本占比均為13%。
光伏逆變器成本占比情況
按照技術(shù)路線和功率水平,光伏逆變器可分為集中式逆變器、組串式逆變器、模塊化逆變器、微型逆變器。目前市場(chǎng)上集中式逆變器、組串式逆變器占比較高,分別為45%、42%。
光伏逆變器分類
光伏逆變器細(xì)分市場(chǎng)占比情況
從全球市場(chǎng)來(lái)看,近年來(lái)全球光伏逆變器出貨量持續(xù)增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)顯示,全球光伏逆變器出貨量由2011年的36GW增長(zhǎng)至2020年的156GW,預(yù)計(jì)2025年全球光伏逆變器出貨量將達(dá)388GW。
2011-2025年全球光伏逆變器出貨量、增速及預(yù)測(cè)
2.碳化硅占比有望進(jìn)一步提升
碳化硅(SiC)在太陽(yáng)能發(fā)電應(yīng)用中比硅具有多種優(yōu)勢(shì),其擊穿電壓是傳統(tǒng)硅的十倍以上, SiC器件還具有比硅更低的導(dǎo)通電阻,柵極電荷和反向恢復(fù)電荷特性,以及更高的熱導(dǎo)率。這些特性意味著SiC器件可以在比硅等效器件更高的電壓,頻率和電流下切換,同時(shí)更有效地管理散熱。
MOSFET在開(kāi)關(guān)應(yīng)用中受到青睞,因?yàn)樗鼈兪菃螛O器件,這意味著它們不使用少數(shù)載流子。既使用多數(shù)載流子又使用少數(shù)載流子的硅雙極型器件(IGBT)可以在比硅MOSFET高的電壓下工作,但是由于它們?cè)谇袚Q時(shí)需要等待電子和空穴重新結(jié)合以及耗散重組能量,因此其開(kāi)關(guān)速度變慢。
硅MOSFET廣泛用于高達(dá)300V的開(kāi)關(guān)應(yīng)用中,高于該電壓時(shí),器件的導(dǎo)通電阻上升,設(shè)計(jì)者不得不轉(zhuǎn)向較慢的雙極器件。SiC的高擊穿電壓意味著它可以用來(lái)制造比硅中可能的電壓高得多的MOSFET,同時(shí)保留了低壓硅器件的快速開(kāi)關(guān)速度優(yōu)勢(shì)。開(kāi)關(guān)性能也相對(duì)獨(dú)立于溫度,從而在系統(tǒng)升溫時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的性能。
由于功率轉(zhuǎn)換效率與開(kāi)關(guān)頻率直接相關(guān),因此,SiC既可以處理比硅更高的電壓,又可以確保高轉(zhuǎn)換效率所需的超高轉(zhuǎn)換頻率,因此實(shí)現(xiàn)了雙贏。
同時(shí),SiC的導(dǎo)熱系數(shù)也是硅的三倍,可以在更高的溫度下運(yùn)行。硅在175℃左右就無(wú)法正常運(yùn)行,甚至在200攝氏度時(shí)直接會(huì)變成導(dǎo)體。而SiC直到1000℃左右才發(fā)生這種情況。
可以通過(guò)兩種方式利用SiC的熱特性。首先,它可以用于制造功率轉(zhuǎn)換器,而該轉(zhuǎn)換器所需的冷卻系統(tǒng)要少于等效的硅系統(tǒng)。另外,SiC在較高溫度下的穩(wěn)定運(yùn)行可用于空間非常寶貴的情況下制造密集的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng),例如車輛和蜂窩****。
這些優(yōu)勢(shì)在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率更高的功率升壓電路中發(fā)揮了重要作用。該電路設(shè)計(jì)為使太陽(yáng)能電池陣列的輸出阻抗(隨入射光的水平而變化)與逆變器所需的輸入阻抗相匹配,以實(shí)現(xiàn)最佳的轉(zhuǎn)換。
碳化硅由于其特性提效顯著。
用于光伏逆變器中,有著高效發(fā)電、安全可靠、高功率密度和節(jié)省投資等優(yōu)勢(shì)。
當(dāng)前,從行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,采用碳化硅器件可有效提高光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換效率,碳化硅MOSFET或碳化硅MOSFET與碳化硅SBD結(jié)合的功率模塊的光伏逆變器,轉(zhuǎn)換效率可從96%提升至99%以上,能量損耗降低50%以上,設(shè)備循環(huán)壽命提升50倍。
全球光伏逆變器競(jìng)爭(zhēng)格局
現(xiàn)階段全球光伏逆變器市場(chǎng)集中度較高,華為、陽(yáng)光能源、SMA等前十大廠商總占比達(dá)73%,其中華為市占率位居第一,為20.4%,陽(yáng)光能源、SMA市占率分別為12%、7.4%。
近年來(lái)也有越來(lái)越多的國(guó)際半導(dǎo)體及系統(tǒng)公司投資碳化硅光伏逆變器,碳化硅產(chǎn)品有望替代硅基器件光伏逆變器。
數(shù)據(jù)顯示,2020年,碳化硅光伏逆變器占比為10%,預(yù)計(jì)2025年碳化硅光伏逆變器占比將達(dá)到50%,2048年達(dá)到85%。
據(jù)悉,國(guó)內(nèi)的碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)也逐漸將產(chǎn)品導(dǎo)入到光伏市場(chǎng),三安、瞻芯、泰科天潤(rùn)等企業(yè)都已經(jīng)與國(guó)內(nèi)主流的光伏逆變器生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行合作,期待光伏市場(chǎng)的逐步擴(kuò)大能繼續(xù)帶動(dòng)國(guó)產(chǎn)碳化硅器件的應(yīng)用!
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