Des laboratoires aux fermes solaires: 70% de SiC dans les onduleurs photovoltaïques de nouvelle génération

1- Développement continu des performances techniques: double amélioration de l'efficacité et de la densité de puissance
Le niveau de tension du dispositif est porté à plus de 1700V
Comme la tension du bus CC de l'onduleur photovoltaïque est augmentée de 1100V à 1500V, la résistance de tension des dispositifs au carbure de silicium est améliorée simultanément.Des fabricants tels qu'On Mei ont introduit des produits MOSFET SiC de 1700 V qui peuvent être assortis à des plates-formes haute tension de 1500 V pour une plus grande efficacité de transmission de puissance et une perte de ligne plus faible3..
Les MOSFET en carbure de silicium de deuxième génération de Basic Semiconductor réduisent les pertes de commutation de 30% en optimisant la résistance spécifique (Rsp à 2,8-3,3 mΩ) pour répondre aux besoins des onduleurs de 100 kilowatts.
Intégration de modules d'alimentation et haute fréquence
L'utilisation d'un module de refroidissement à double face (comme le package IPM) et d'un circuit d'entraînement intégré réduit l'inductance parasitaire à moins de 5nH, ce qui permet un fonctionnement à haute fréquence supérieur à 100 kHz,et le volume du système est réduit de 40%.
Le dispositif compact en carbure de silicium dans le micro-onduleur a amélioré l'efficacité de la dissipation de chaleur, réduit la taille du paquet TOLL de 30% par rapport aux solutions traditionnelles,et a atteint une densité de puissance de 50 W/cm3

2. la réduction des coûts entraîne l'augmentation rapide de la pénétration du marché
L'effet d'échelle apparaît
Le prix des appareils au carbure de silicium continue de baisser: le prix unitaire du SiC SBD est passé de 4,1 yuans/A en 2017 à 1,4 yuans/A, la baisse annuelle moyenne du MOSFET a atteint 30% à 40%,et le coût devrait être proche de 10,5 fois celle des appareils à base de silicium en 2026.
L'objectif de coût du substrat de carbure de silicium de la Chine a été réduit de 3 000 yuans/pièce en 2023 à 2 000 yuans/pièce en 2026, ce qui favorise la réduction des coûts de l'ensemble de la chaîne industrielle.
La solution hybride réduit le seuil d'application
Le schéma parallèle " silicium + carbure de silicium " proposé par Tesla ajoute une partie de dispositifs en carbure de silicium sur la base d'IGBT, et le coût n'est augmenté que de 50% à 60%,mais l'efficacité du système est considérablement améliorée et la résistance au court-circuit est améliorée, qui a été appliqué à titre pilote dans le domaine du stockage d'énergie photovoltaïque.

3. la chaîne industrielle coordonnée pour accélérer le processus de localisation
Expansion de la capacité mondiale et substitution intérieure
Les géants internationaux Wolfspeed, Infineon et d'autres prévoient d'augmenter la capacité de production de gaufres en carbure de silicium de 6 pouces à 4,6 millions de pièces par an (2026),Les fabricants chinois tels que SAN'an Photoelectric ont réalisé une production de masse de substrat., le taux de localisation passera de 15% en 2020 à 40% en 2025.
Innovation dans le domaine des technologies de l'emballage
Des procédés d'emballage avancés tels que le frittage à l'argent et l'AMB (brassage actif des métaux) sont popularisés.réduire la résistance thermique de 30% et prolonger la durée de vie du dispositif à 50 fois celle des produits à base de silicium.

4Les scénarios d'application s'étendent à toute la chaîne industrielle
Les appareils de base: les onduleurs photovoltaïques dominent le marché
La pénétration du carbure de silicium dans les segments des onduleurs Boost et DC/AC a atteint 35% et devrait dépasser 50% d'ici 2025.L'efficacité de conversion des onduleurs photovoltaïques utilisant du carbure de silicium dépasse 99%, et le coût de l'électricité par kilowattheure sur l'ensemble du cycle de vie est réduit de 12%.
Appui à l'innovation en matière de matériaux et d'équipement
Le support de bateau en carbure de silicium remplace le support en quartz, la résistance à la température est augmentée à plus de 1600 °C, la durée de vie est prolongée à plus d'un an,et les temps d'arrêt et les coûts de maintenance dans la production de cellules photovoltaïques sont réduits.
Machine de sculpture et de fraisage en céramique pour réaliser des composants de précision en carbure de silicium en traitement micronique, coûts de production réduits de 50% pour promouvoir le support photovoltaïque,cadre et autres pièces structurelles légères.

5. Défis et stratégies d'adaptation
Déficit technique
L'interférence électromagnétique (EMI) causée par l'interrupteur haute fréquence doit être supprimée, le circuit d'entraînement doit correspondre au taux de variation dv/dt de 100 kV/μs,et le développement de puces de pilote personnalisées est devenu un objectif.
Système de vérification de la fiabilité
Mettre en place une norme d'essai de température accélérée de 10 ans dans des environnements extérieurs difficiles (haute température, humidité élevée, saumure), nécessitant un taux de défaillance du dispositif inférieur à 0,1%/1000 heures.

Conclusion
La technologie du carbure de silicium dans le domaine photovoltaïque connaît une transition en trois étapes de "performance révolutionnaire - exploration des coûts - expansion de la scène".le marché mondial du carbure de silicium photovoltaïque dépassera 80,9 milliard de dollars américains, et les percées technologiques des entreprises chinoises dans la préparation des substrats,Les modules d'emballage et autres liens favoriseront la reconstruction du modèle industriel mondialLes futures itérations technologiques devraient se concentrer sur le contrôle des défauts, l'optimisation de l'intégration des systèmes et la construction de systèmes standards.