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市场观点:碳化硅产品在光伏逆变器市场中占比持续提升

发布人:旺材芯片时间:2021-12-10来源:工程师


1.光伏逆变器市场发展迅速  


光伏逆变器是可以将光伏(PV)太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电(AC)的逆变器,可以反馈回商用输电系统,或是供离网的电网使用。光伏逆变器中机构件成本占比最高,为25%,电感、半导体器件成本占比均为13%
光伏逆变器成本占比情况
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按照技术路线和功率水平,光伏逆变器可分为集中式逆变器、组串式逆变器、模块化逆变器、微型逆变器。目前市场上集中式逆变器、组串式逆变器占比较高,分别为45%、42%。
光伏逆变器分类
光伏逆变器细分市场占比情况
从全球市场来看,近年来全球光伏逆变器出货量持续增长。数据显示,全球光伏逆变器出货量由2011年的36GW增长至2020年的156GW,预计2025年全球光伏逆变器出货量将达388GW。
2011-2025年全球光伏逆变器出货量、增速及预测
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  2.碳化硅占比有望进一步提升  
碳化硅(SiC)在太阳能发电应用中比硅具有多种优势,其击穿电压是传统硅的十倍以上, SiC器件还具有比硅更低的导通电阻,栅极电荷和反向恢复电荷特性,以及更高的热导率。这些特性意味着SiC器件可以在比硅等效器件更高的电压,频率和电流下切换,同时更有效地管理散热。
MOSFET在开关应用中受到青睐,因为它们是单极器件,这意味着它们不使用少数载流子。既使用多数载流子又使用少数载流子的硅双极型器件(IGBT)可以在比硅MOSFET高的电压下工作,但是由于它们在切换时需要等待电子和空穴重新结合以及耗散重组能量,因此其开关速度变慢。
硅MOSFET广泛用于高达300V的开关应用中,高于该电压时,器件的导通电阻上升,设计者不得不转向较慢的双极器件。SiC的高击穿电压意味着它可以用来制造比硅中可能的电压高得多的MOSFET,同时保留了低压硅器件的快速开关速度优势。开关性能也相对独立于温度,从而在系统升温时实现稳定的性能。
由于功率转换效率与开关频率直接相关,因此,SiC既可以处理比硅更高的电压,又可以确保高转换效率所需的超高转换频率,因此实现了双赢
同时,SiC的导热系数也是硅的三倍,可以在更高的温度下运行。硅在175℃左右就无法正常运行,甚至在200摄氏度时直接会变成导体。而SiC直到1000℃左右才发生这种情况。
可以通过两种方式利用SiC的热特性。首先,它可以用于制造功率转换器,而该转换器所需的冷却系统要少于等效的硅系统。另外,SiC在较高温度下的稳定运行可用于空间非常宝贵的情况下制造密集的电源转换系统,例如车辆和蜂窝****。
这些优势在太阳能转换效率更高的功率升压电路中发挥了重要作用。该电路设计为使太阳能电池阵列的输出阻抗(随入射光的水平而变化)与逆变器所需的输入阻抗相匹配,以实现最佳的转换。
碳化硅由于其特性提效显著


用于光伏逆变器中,有着高效发电、安全可靠、高功率密度和节省投资等优势。


当前,从行业发展趋势来看,采用碳化硅器件可有效提高光伏发电转换效率,碳化硅MOSFET或碳化硅MOSFET与碳化硅SBD结合的功率模块的光伏逆变器,转换效率可从96%提升至99%以上,能量损耗降低50%以上,设备循环寿命提升50倍



全球光伏逆变器竞争格局
现阶段全球光伏逆变器市场集中度较高,华为、阳光能源、SMA等前十大厂商总占比达73%,其中华为市占率位居第一,为20.4%,阳光能源、SMA市占率分别为12%、7.4%。
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近年来也有越来越多的国际半导体及系统公司投资碳化硅光伏逆变器,碳化硅产品有望替代硅基器件光伏逆变器。


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数据显示,2020年,碳化硅光伏逆变器占比为10%,预计2025年碳化硅光伏逆变器占比将达到50%,2048年达到85%。
据悉,国内的碳化硅产业链企业也逐渐将产品导入到光伏市场,三安、瞻芯、泰科天润等企业都已经与国内主流的光伏逆变器生产企业进行合作,期待光伏市场的逐步扩大能继续带动国产碳化硅器件的应用!


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关键词: 市场

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