Kokius naujus reikalavimus atsinaujinančios energijos augimas kelia aukštos{0}}įtampos diodams?

 

1, Techninių parametrų proveržis: nuo kilovoltų iki dešimčių tūkstančių voltų

Tradiciniai aukštos įtampos{0}}diodai daugiausia naudojami pramoniniuose dažnio keitikliuose, geležinkelių transporte ir kitose srityse, o darbinė įtampa daugiausia sutelkta 600 V-1700 V diapazone. Tačiau, plečiantis atsinaujinančios energijos tinklų integracijai, elektros sistema iškėlė naujus reikalavimus aukštos įtampos diodų atsparumo įtampos lygiui:

Įtampos šuolis nuolatinės srovės perdavimo sistemoje

Fotovoltinių elektrinių ir vėjo jėgainių surinkimo sistemose nuolatinės srovės surinkimo technologija tampa pagrindine. Atsižvelgiant į Talatano fotovoltinės bazės Činghajaus provincijoje pavyzdį, naudojama ± 800 kV itin -aukštos įtampos nuolatinės srovės perdavimo linija reikalauja, kad diodas atlaikytų atvirkštinę didžiausią įtampą, viršijančią 10 kV. Taiji Semiconductor sukurtas vertikalios struktūros silicio karbido (SiC) diodas pasiekė 12 kV atsparumo įtampos lygį naudojant gilaus tranšėjos ėsdinimo ir epitaksinio augimo technologiją, o atvirkštinio atkūrimo laikas sutrumpėjo iki 50 nanosekundžių, o tai yra 80 % daugiau nei tradiciniuose silicio{8}pagrįstuose įrenginiuose.

Ekstremalus jūros vėjo energijos pritaikymas aplinkai

Plaukiojanti jūros vėjo jėgainių platforma nustato griežtus druskos purškimo ir diodų atsparumo korozijai standartus. „Weihai Huajie Electronics“ sukurtas metalinis{1}}aukštos įtampos diodas naudoja vandenilio lanko gesinimo ir keraminio pagrindo technologiją ir gali stabiliai veikti aplinkoje, kurioje yra 95 % drėgmė ir 5 % druskos purškimo koncentracija. Jo tarnavimo laikas viršijo 200 000 valandų ir tapo paskirtu „Dongfang Electric“ 15 MW jūrinės vėjo turbinos inverterio komponentu.

Energijos kaupimo sistemos įkrovimo ir iškrovimo valdymas

„Ningde Times“ energijos kaupimo sistemoje balansavimo diodas turi atlaikyti trumpalaikį aukštos įtampos poveikį akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo metu. Naudojamas 5,1 V įtampos reguliatoriaus diodas sumažina atvirkštinio atkūrimo įkrovą (Qrr) iki trečdalio tradicinių prietaisų, naudodamas aukso dopingo technologiją, pailgindamas baterijos veikimo laiką 20 % ir padidindamas pusiausvyros efektyvumą iki 99,5 %.

2, Gilus taikymo scenarijų išplėtimas: nuo vienos funkcijos iki sistemos integravimo

Atsinaujinančios energijos svyravimų charakteristikos skatina aukštos -tampos diodų evoliuciją nuo tradicinių ištaisymo funkcijų iki sistemos lygio sprendimų:

Fotovoltinių keitiklių efektyvumo revoliucija

Huawei SUN2000-50KTL-H1 serijos keitiklyje itin greito atkūrimo diodas MUR1680CT (trr=80ns) naudojamas antilygiagrečiai su IGBT, todėl perjungimo nuostoliai sumažėja 40%. Nedidelės apkrovos sąlygomis jo minkštos atkūrimo charakteristikos efektyviai slopina įtampos šuoliais, padidindamos Euro Efficiency iki 98,7%, o tai yra 1,2 procentinio punkto daugiau nei tradiciniai sprendimai.

Vėjo energijos keitiklio patikimumo atnaujinimas

SiC Schottky diodas, naudojamas Goldwind Technology 2,5 MW vėjo turbinoje, palaiko stabilias charakteristikas nuo -40 laipsnių iki 150 laipsnių temperatūros diapazone, o laidumo įtampos kritimas (VF) rodo neigiamą temperatūros koeficientą didėjant temperatūrai, išvengiant gedimo pavojaus, kurį sukelia vietinis perkaitimas lygiagrečiai naudojant. Šis įrenginys leido keitiklio MTBF (vidutinį laiką tarp gedimų) viršyti 200 000 valandų ir sumažino metinį gedimų rodiklį iki mažesnio nei 0,3%.

Pagrindinė parama vandenilio energijos pramonės grandinei

Elektrolizės vandenilio gamybos sistemoje aukštos{0}}įtampos diodai turi atlaikyti įtampos svyravimus, atsirandančius dėl dažno elektrolizės elemento paleidimo sustabdymo. „Silan Microelectronics“ sukurtas TVS (Transient Voltage Suppressing Diode) suspaudimo įtampos tikslumas yra ± 1%, o atsako laikas yra mažesnis nei 1 pikosekundė, todėl efektyviai apsaugo PEM elektrolizės elementų membraninių elektrodų komponentus ir išlaiko daugiau nei 78% vandenilio gamybos sistemos efektyvumą.

3. Medžiagų naujovių paradigmos pokytis: nuo silicio{1}}pagrįsto prie plačios juostos

Didžiausias energijos vartojimo efektyvumo siekis atsinaujinančios energijos sistemose skatina spartesnę aukštos{0} įtampos diodų medžiagų sistemų iteraciją

Didelio masto silicio karbido (SiC) naudojimas

Infineon CoolSiC ™ Serijos 1200 V diodo atvirkštinis atkūrimo laikas yra tik 35 nanosekundės, kai sandūros temperatūra 25 laipsnių, ir turi teigiamą temperatūros koeficiento charakteristiką, todėl jį lengva plėsti lygiagrečiai. Tesla V3 įkrovimo stotyje šis įrenginys padidina 350 kW įkrovimo modulio galios tankį iki 5 kW/in³, o įkrovimo efektyvumas yra 99,2 %, o tai yra 1,5 procentinio punkto didesnis nei silicio -pagrįsto sprendimo.

RF galio nitrido (GaN) proveržis

5G bazinių stočių fotovoltinės energijos tiekimo sistemoje „Wolfspeed“ didelio elektronų mobilumo tranzistorius GaN (HEMT) integruoja diodus, kad pasiektų signalo ištaisymą 24GHz–52GHz dažnių juostoje, sumažindamas energijos suvartojimą 30%, palyginti su silicio įrenginiais. Ši technologija padidina saulės energijos tiekimo sistemos kasdienę bazinių stočių energijos gamybą 18% ir sumažina anglies dvideginio emisiją daugiau nei 2 tonomis per metus.

Galio oksido (Ga ₂ O ∝) pasienio tyrimas

Japonijos fluorintų skysčių technologijų tyrimų instituto sukurtas Ga ₂ O3 pagrįstas diodas turi 8MV/cm skilimo lauko stiprumą, kuris yra daugiau nei 10 kartų didesnis nei silicio. Nors jis vis dar laboratorinis, jo teorinis atsparumo įtampos lygis gali viršyti 10 kV, o tai, kaip tikimasi, bus trikdantis sprendimas būsimam itin aukštos įtampos nuolatinės srovės perdavimui.

4, Restruktūrizavimas ir rinkos modelio iššūkiai

Sparčiai augantis atsinaujinančios energijos kiekis keičia aukštos{0}}tampos diodų rinkos ekologiją:

Struktūriniai pokyčiai paklausos pusėje

Remiantis „Yole D é evelopment“ prognoze, tikimasi, kad pasaulinė aukštos -tampos diodų rinka iki 2027 m. pasieks 4,5 mlrd. USD, o atsinaujinanti energija sudarys daugiau nei 40 proc. Tikimasi, kad Kinijos, kuri yra didžiausia pasaulyje fotovoltinės energijos rinka, aukštos įtampos diodų paklausa iki 2025 m. viršys 8 mlrd., todėl vietinės įmonės, pvz., Silan Microelectronics ir Huatian Technology, užims daugiau nei 60 % rinkos.

Tiekimo pusės technologijų konkurencija

Tarptautiniai gigantai, tokie kaip „Texas Instruments“ ir „Infineon“, spartina SiC gamybos linijų išdėstymą, o Kinijos gamintojai pasiekia kreivės aplenkimą naudodami vertikalios integracijos modelius. Pavyzdžiui, „Sanan Optoelectronics“ pagamino 6- colių SiC plokštelių gaminį, per mėnesį pagaminamą 50 000 vienetų, o jo aukštos įtampos diodų išeiga yra 95 %, o kaina 20 % mažesnė nei tarptautinių analogų.

Standartinės sistemos atsilikimo rizika

Dabartiniame IEC 60747 standarte kaip etalonas vis dar naudojami silicio{1}}pagrįsti įrenginiai, be to, labai skiriasi parametrai, pvz., šiluminio plėtimosi koeficientas ir plačios juostos medžiagų pakuotės įtempis. Pramonė turi skubiai nustatyti aukštus-įtampos diodų bandymų standartus naujoms medžiagoms, tokioms kaip SiC ir GaN, kad būtų išvengta kokybės pavojaus, kurį sukelia trūkstamų standartų.