W szybko zmieniającym się krajobrazie energii odnawialnej,System magazynowania energii(ESS) okazał się kluczowym filarem stabilności sieci. Sercem każdego ESS jest system konwersji mocy (PCS), podstawowe urządzenie odpowiedzialne za dwukierunkową konwersję mocy AC/DC. Wydajność, wydajność i niezawodność PCS są w dużym stopniu podyktowane leżącymi u ich podstaw półprzewodnikowymi przełącznikami mocy. Obecnie w tej przestrzeni dominują dwie główne technologie: tradycyjne tranzystory bipolarne z izolowaną bramką (SiC IGBT) na bazie krzemu-oraz tranzystory MOSFET z węglika krzemu (SiC) nowej-generacji.
Przełom w technologii SiC: wyższa wydajność i minimalne straty
Jednak w miarę jak zapotrzebowanie na magazynowanie energii zmierza w stronę większej gęstości mocy i większej integracji, urządzenia oparte na krzemie-zbliżają się do swoich fizycznych granic. To tutaj MOSFETy z węglika krzemu (SiC) wchodzą w grę jako siła destrukcyjna. Jako półprzewodnik o szerokim-pasmie wzbronionym (WBG) węglik krzemu ma wewnętrzne właściwości materiałowe, które pozwalają mu pracować przy znacznie wyższych częstotliwościach przełączania, jednocześnie zmniejszając straty energii przełączania nawet o 50% do 70% w porównaniu z tradycyjnymi tranzystorami IGBT.
Oprócz wydajności urządzenia SiC charakteryzują się doskonałą przewodnością cieplną i wytrzymują znacznie wyższe temperatury robocze. Ponieważ SiC generuje drastycznie mniej ciepła odpadowego, inżynierowie mogą znacznie zmniejszyć rozmiary ciężkich chłodnic lub nawet przejść ze skomplikowanych systemów-chłodzenia cieczą na prostsze chłodzenie wymuszonym-powietrzem.
Przejście na napięcie 800 V i droga do przyszłego głównego nurtu
W branży obserwuje się obecnie ogromną zmianę architektury w kierunku platform akumulatorów o wysokim-natężeniu-800 V-a nawet 1500 V-, aby zmaksymalizować przepustowość i zminimalizować straty w kablach. Przy tak podwyższonych progach napięcia tradycyjne tranzystory IGBT cierpią z powodu rosnących strat przełączania, co często wymaga złożonych, wielopoziomowych topologii, które zwiększają podatność systemu na zagrożenia. Tranzystory MOSFET SiC, dzięki dużej sile pola elektrycznego przebicia, radzą sobie bez trudu w środowiskach-wysokiego napięcia dzięki prostszym, bardziej eleganckim projektom obwodów.
W rezultacie SiC szybko przechodzi od alternatywnej wersji premium do głównego nurtu modernizacji w branży. Chociaż chipy SiC wiążą się obecnie z wyższym kosztem samodzielnych komponentów niż IGBT, całościowe oszczędności osiągnięte dzięki mniejszym obudowom, zmniejszonemu zarządzaniu temperaturą i oszczędności energii w całym okresie użytkowania stanowią przekonujący argument ekonomiczny. W przyszłości SiC będzie stopniowo zastępować tradycyjne tranzystory IGBT w zastosowaniach od średniej-do-mocy, stając się ostatecznie standardową konfiguracją w systemach magazynowania energii-na skalę komercyjną, przemysłową i użyteczności publicznej na całym świecie.