碳化硅功率器件目前被廣泛用于電源、用于電池充電和牽引驅動的電池電動汽車（BEV）電源轉換、工業電機驅動以及太陽能和風力發電逆變器等可再生能源發電系統等應用。讓我們更詳細地看一下與儲能相關的一些具體應用示例。

SiC功率器件目前廣泛用于電源、用于電池充電和牽引驅動的電池電動汽車（BEV）電源轉換、工業電機驅動以及太陽能和風能逆變器等可再生能源發電系統等應用。

碳化硅還支持未來的應用，例如：

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中壓（>2 kV）工業驅動器、列車、電網電源轉換

快速充電一切

太陽能和電動汽車的住宅儲能解決方案（ESS）

在每個家庭中安裝ESS以利用可再生能源，并與該家庭使用的電動汽車進行雙向連接，這是許多國家正在推動的未來趨勢。這里的目標是僅在必要時使用電網電源。在住宅太陽能應用中，功率水平通常<15 kW，電壓范圍為90-240 V。例如，房屋屋頂上的太陽能電池板將提供直流電源為直流儲能電池（ESS）充電，連接到ESS的微型逆變器為家庭供電或返回電網。因此，需要雙向性。一些關鍵要求是尺寸、容量、效率和成本。與硅基電池相比，基于SiC的ESS電池充電具有許多優勢。圖2顯示了一個具體示例，該示例說明了交流供電的15-20 kW充電器模塊。

例如，對于功率為400 kW或更高的EV電池進行非車載充電時，電壓電平可以為100 V，在這種情況下，可以使用此類模塊的堆棧。與Si IGBT相比，更緊湊、更高效的SiC解決方案的效率提高了1-2%，功率密度提高了35-50%。由于SiC的較高開關頻率減小了無源器件的尺寸和成本，因此整體系統成本較低，而導通電阻隨溫度變化而降低，從而降低了傳導損耗。系統損耗的整體降低以及碳化硅導熱性的提高降低了冷卻成本。

工業太陽能MPPT升壓組串式逆變器

圖3所示的示例是一個60 kW MPPT（最大功率點跟蹤）升壓+組串式逆變器，可用于工業能源應用。這里的直流電壓水平可能要高得多，例如800–1500 V，這在減少布線損耗方面具有優勢。

這里比較的Si IGBT的開關頻率為10-15 kHz，因此需要較大的升壓電感器，而SiC的開關頻率為75-100 kHz?；赟iC的系統在提高功率轉換效率的同時，提供了高達3倍的尺寸優勢和10倍的重量。這種尺寸/重量優勢可以大大降低安裝成本。在公用事業規模的層面上，您可以擁有一堆這樣的組串式逆變器來轉換兆瓦功率水平，這種安裝成本優勢被進一步放大。

用以下公式表示ESOI（投資能源節省的能量）：

ESOI=使用生命周期內節省的能源/生產SiC MOSFET與Si IGBT的邊際能源成本

結果表明，盡管碳化硅制造更復雜，使用更多的能源，但對于55 kW的太陽能組串式逆變器應用，計算出的ESOI值為77至50，具體取決于位置（陽光較多的地方數字較高）。這意味著每年可節省100 kWh的能源，凸顯了提高能源效率在此類應用中的關鍵作用。

從以上例子可以看出，碳化硅功率解決方案是未來綠色能源發電和儲能應用的重要使能組件！

審核編輯：湯梓紅