Koje nove zahtjeve postavlja porast obnovljive energije za visokonaponske-diode?

 

1, Proboj tehničkih parametara: od kilovolti do desetina hiljada volti

Tradicionalne visokonaponske-diode se uglavnom koriste u industrijskim frekventnim pretvaračima, željezničkom tranzitu i drugim poljima, s radnim naponima uglavnom koncentrisanim u opsegu od 600V-1700V. Međutim, sa proširenjem integracije mreže obnovljivih izvora energije, elektroenergetski sistem je postavio nove zahtjeve za nivo otpornog napona visokonaponskih dioda:

Skok napona u DC prenosnom sistemu

U sistemima sakupljanja fotonaponskih elektrana i vjetroelektrana, DC tehnologija sakupljanja postaje mainstream. Uzimajući fotonaponsku bazu Talatan u provinciji Qinghai kao primjer, ± 800kV ultra-visokonaponski vod jednosmjerne struje koji se koristi zahtijeva da dioda izdrži obrnuti vršni napon veći od 10kV. Silicijum karbidna (SiC) dioda s vertikalnom strukturom koju je razvio Taiji Semiconductor postigla je otporni nivo napona od 12 kV kroz tehnologiju dubokog graviranja i epitaksijalnog rasta, a vrijeme povratnog oporavka je skraćeno na 50 nanosekundi, što je 80% više od tradicionalnih uređaja na bazi silicija{8}}.

Ekstremna ekološka adaptacija energije vjetra na moru

Plutajuća platforma za energiju vjetra na moru postavlja stroge standarde za slani sprej i otpornost dioda na koroziju. Visokonaponska dioda sa metalnim kapsulama koju je razvila Weihai Huajie Electronics usvaja tehnologiju gašenja vodoničnog luka i keramičke podloge, i još uvijek može stabilno raditi u okruženjima sa 95% vlažnosti i 5% koncentracije slanog spreja. Njegov životni vijek je premašio 200000 sati i postao je određena komponenta za Dongfang Electricov 15MW inverter vjetroturbina na moru.

Upravljanje punjenjem i pražnjenjem sistema za skladištenje energije

U sistemu za skladištenje energije kompanije Ningde Times, balansna dioda treba da izdrži prolazni udar visokog napona tokom punjenja i pražnjenja baterije. Korištena dioda regulatora napona od 5,1 V smanjuje povratno punjenje (Qrr) na jednu-trećinu onog kod tradicionalnih uređaja kroz tehnologiju dopinga zlata, produžavajući vijek trajanja baterije za 20% i povećavajući ravnotežnu efikasnost na 99,5%.

2, Duboko proširenje scenarija aplikacija: od jedne funkcije do sistemske integracije

Karakteristike fluktuacije obnovljive energije pokreću evoluciju visokonaponskih{0}}dioda od tradicionalnih funkcija ispravljanja do rješenja na nivou sistema:

Revolucija u efikasnosti fotonaponskih invertera

U inverteru serije Huawei SUN2000-50KTL-H1, dioda za ultra brzi oporavak MUR1680CT (trr=80ns) se koristi antiparalelno sa IGBT, smanjujući gubitke pri prebacivanju za 40%. U uslovima malog opterećenja, njegove karakteristike mekog oporavka efektivno potiskuju skokove napona, povećavajući Euro efikasnost na 98,7%, što je 1,2 procentna poena više od tradicionalnih rešenja.

Pouzdanost nadogradnja pretvarača energije vjetra

SiC Schottky dioda koja se koristi u vjetroturbini od 2,5 MW Goldwind Technology održava stabilne karakteristike u temperaturnom rasponu od -40 do 150 stupnjeva, a pad napona provodljivosti (VF) pokazuje negativan temperaturni koeficijent s povećanjem temperature, izbjegavajući rizik od kvara uzrokovanog lokalnim pregrijavanjem tokom paralelne upotrebe. Ovaj uređaj je omogućio da MTBF (srednje vrijeme između kvarova) pretvarača premaši 200000 sati i smanjio godišnju stopu kvarova na ispod 0,3%.

Ključna podrška za lanac industrije vodikove energije

U sistemu za proizvodnju vodonika elektrolizom, diode visokog -napona moraju izdržati fluktuacije napona uzrokovane čestim zaustavljanjem elektrolizne ćelije. TVS (Transient Voltage Suppressing Diode) koju je razvio Silan Microelectronics ima tačnost napona stezanja od ± 1% i vreme odziva manje od 1 pikosekunde, efikasno štiteći komponente membranske elektrode PEM elektroliznih ćelija i održavajući efikasnost sistema za proizvodnju vodonika na preko 78%.

3, Promjena paradigme materijalne inovacije: od silicijum{1}}baziranog do širokog pojasa

Konačna težnja za energetskom efikasnošću u sistemima obnovljivih izvora energije pokreće ubrzanu iteraciju visokonaponskih{0}}sistema diodnih materijala

Primena silicijum karbida (SiC) u velikim razmerama

Infineon CoolSiC™ Serija 1200V dioda ima reverzno vrijeme oporavka od samo 35 nanosekundi pri temperaturi spoja od 25 stepeni, i ima karakteristiku pozitivnog temperaturnog koeficijenta, što olakšava paralelno širenje. U Tesla V3 Supercharging Station, ovaj uređaj povećava gustinu snage modula za punjenje od 350kW na 5kW/in³, sa efikasnošću punjenja od 99,2%, što je 1,5 procentnih poena više od rješenja na bazi silikona{9}}.

RF proboj galijum nitrida (GaN)

U fotonaponskom sistemu napajanja 5G baznih stanica, Wolfspeedov GaN tranzistor visoke pokretljivosti elektrona (HEMT) integriše diode za postizanje ispravljanja signala u frekvencijskom opsegu 24GHz-52GHz, smanjujući potrošnju energije za 30% u poređenju sa silicijumskim uređajima. Ova tehnologija povećava dnevnu proizvodnju energije solarnog sistema za napajanje baznih stanica za 18% i smanjuje emisiju ugljen-dioksida za preko 2 tone godišnje.

Granično istraživanje galijevog oksida (Ga ₂ O ∝)

Dioda na bazi Ga ₂ O3 koju je razvio Japanski istraživački institut za tehnologiju fluorisanih fluida ima snagu probojnog polja od 8MV/cm, što je više od 10 puta više od silicijuma. Iako je još uvijek u laboratorijskoj fazi, njegov teoretski otporni nivo napona može premašiti 10kV, što se očekuje da će pružiti disruptivno rješenje za budući ultra{5}}prenos jednosmerne struje na ultra{5}}visoko napon.

4, Restrukturiranje i izazovi tržišnog obrasca

Eksplozivni rast obnovljive energije preoblikuje tržišnu ekologiju visokonaponskih{0}}dioda:

Strukturne promjene na strani potražnje

Prema prognozi Yole D é evelopmenta, očekuje se da će globalno tržište visokonaponskih{0}}dioda dostići 4,5 milijardi dolara do 2027. godine, pri čemu će obnovljivi izvori energije činiti preko 40%. Kao najveće svjetsko fotonaponsko tržište, očekuje se da će kineska potražnja za visokonaponskim-diodama premašiti 8 milijardi do 2025. godine, što će dovesti do toga da lokalna preduzeća kao što su Silan Microelectronics i Huatian Technology zauzmu više od 60% tržišnog udjela.

Tehnološko takmičenje na strani ponude

Međunarodni divovi kao što su Texas Instruments i Infineon ubrzavaju raspored SiC proizvodnih linija, dok kineski proizvođači postižu preticanje krivulje kroz modele vertikalne integracije. Na primjer, Sanan Optoelectronics je izgradio 6--inčni SiC wafer fab sa mjesečnom proizvodnjom od 50 000 komada, a njegova visokonaponska dioda je 95%, sa 20% nižom cijenom od međunarodnih kolega.

Rizik kašnjenja standardnog sistema

Trenutni IEC 60747 standard i dalje koristi uređaje zasnovane na silikonu-kao mjerilo, a postoje značajne razlike u parametrima kao što su koeficijent termičke ekspanzije i napon pakovanja materijala sa širokim pojasom. Industrija hitno mora uspostaviti standarde za testiranje dioda visokog napona za nove materijale kao što su SiC i GaN kako bi se izbjegle opasnosti po kvalitetu uzrokovane nedostatkom standarda.