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

 

1, Proboj tehničkih parametara: od kilovolti do desetaka tisuća volti

Tradicionalne visoko{0}}naponske diode uglavnom se koriste u industrijskim pretvaračima frekvencije, željezničkom prijevozu i drugim područjima, s radnim naponima uglavnom koncentriranim u rasponu od 600V-1700V. Međutim, s proširenjem integracije obnovljivih izvora energije u mrežu, elektroenergetski sustav postavio je nove zahtjeve za razinu podnosivog napona visokonaponskih dioda:

Skok napona u istosmjernom prijenosnom sustavu

U kolektorskim sustavima fotonaponskih elektrana i vjetroelektrana, DC tehnologija kolektora postaje mainstream. Uzimajući fotonaponsku bazu Talatan u provinciji Qinghai kao primjer, ± 800kV visokonaponski istosmjerni prijenosni vod koji se koristi zahtijeva da dioda izdrži reverzni vršni napon veći od 10kV. Silicij karbidna (SiC) dioda s vertikalnom strukturom koju je razvio Taiji Semiconductor postigla je razinu otpornog napona od 12 kV kroz duboko jetkanje i tehnologiju epitaksijalnog rasta, a vrijeme obrnutog oporavka skraćeno je na 50 nanosekundi, što je 80% više od tradicionalnih uređaja temeljenih na siliciju-.

Ekstremna prilagodba pučinske vjetroelektrane na okoliš

Plutajuća platforma za vjetroelektrane na moru postavlja stroge standarde za otpornost dioda na raspršivanje soli i koroziju. Metalno inkapsulirana visokonaponska-dioda koju je razvila tvrtka Weihai Huajie Electronics usvaja tehnologiju gašenja vodikovog luka i keramičke podloge te još uvijek može stabilno raditi u okruženjima s 95% vlažnosti i 5% koncentracije slanog spreja. Njegov životni vijek premašio je 200 000 sati i postao je određena komponenta za pretvarač vjetroturbine na moru od 15 MW tvrtke Dongfang Electric.

Upravljanje punjenjem i pražnjenjem sustava za pohranu energije

U sustavu za pohranu energije Ningde Timesa, balansna dioda mora izdržati prolazni udar visokog napona tijekom punjenja i pražnjenja baterije. Upotrijebljena dioda regulatora napona od 5,1 V smanjuje povratni naboj povrata (Qrr) na jednu-trećinu tradicionalnih uređaja pomoću tehnologije dopiranja zlatom, produžujući vijek trajanja baterije za 20% i povećavajući ravnotežnu učinkovitost na 99,5%.

2, Duboko proširenje scenarija primjene: od jedne funkcije do integracije sustava

Karakteristike fluktuacije obnovljive energije pokreću evoluciju visoko{0}}naponskih dioda od tradicionalnih funkcija ispravljanja do rješenja na razini sustava:

Revolucija učinkovitosti fotonaponskih pretvarača

U Huawei SUN2000-50KTL-H1 seriji pretvarača, MUR1680CT dioda za ultra brzi oporavak (trr=80ns) koristi se u antiparalelnoj kombinaciji s IGBT-om, smanjujući gubitke pri prebacivanju za 40%. U uvjetima malog opterećenja, njegove karakteristike mekog oporavka učinkovito suzbijaju skokove napona, povećavajući Euro Efficiency na 98,7%, što je 1,2 postotna boda više od tradicionalnih rješenja.

Nadogradnja pouzdanosti pretvarača energije vjetra

SiC Schottky dioda koja se koristi u vjetroturbini Goldwind Technology od 2,5 MW održava stabilne karakteristike u temperaturnom rasponu od -40 stupnjeva do 150 stupnjeva, a pad napona kondukcije (VF) pokazuje negativan temperaturni koeficijent s povećanjem temperature, izbjegavajući rizik od kvara uzrokovanog lokalnim pregrijavanjem tijekom paralelne uporabe. Ovaj uređaj je omogućio da MTBF (srednje vrijeme između kvarova) pretvarača premaši 200 000 sati i smanjio je godišnju stopu kvarova na ispod 0,3%.

Ključna podrška za lanac industrije vodikove energije

U sustavu za proizvodnju vodika elektrolizom, visoko{0}}naponske diode moraju izdržati fluktuacije napona uzrokovane čestim zaustavljanjem pokretanja ćelije za elektrolizu. TVS (Transient Voltage Suppressing Diode) koju je razvio Silan Microelectronics ima točnost steznog napona od ± 1% i vrijeme odziva manje od 1 pikosekunde, učinkovito štiteći komponente membranske elektrode PEM ćelija za elektrolizu i održavajući učinkovitost sustava za proizvodnju vodika na preko 78%.

3, Promjena paradigme materijalnih inovacija: od silicija-zasnovanog na široki pojasni razmak

Krajnja potraga za energetskom učinkovitošću u sustavima obnovljive energije pokreće ubrzanu iteraciju visoko-naponskih sustava materijala dioda

Velika primjena silicij karbida (SiC)

Infineon CoolSiC ™ Serija dioda od 1200 V ima obrnuto vrijeme oporavka od samo 35 nanosekundi pri temperaturi spoja od 25 stupnjeva i ima karakteristiku pozitivnog temperaturnog koeficijenta, što olakšava paralelno širenje. U Tesla V3 Supercharging Station ovaj uređaj povećava gustoću snage modula za punjenje od 350kW na 5kW/in³, s učinkovitošću punjenja od 99,2%, što je 1,5 postotnih bodova više od rješenja temeljenog na siliciju-.

RF otkriće galijevog nitrida (GaN)

U fotonaponskom sustavu napajanja 5G baznih stanica, Wolfspeedov GaN tranzistor visoke pokretljivosti elektrona (HEMT) integrira diode za postizanje ispravljanja signala u frekvencijskom pojasu 24GHz-52GHz, smanjujući potrošnju energije za 30% u usporedbi sa silicijskim uređajima. Ova tehnologija povećava dnevnu proizvodnju energije solarnog sustava za napajanje baznih stanica za 18% i smanjuje emisiju ugljičnog dioksida za više od 2 tone godišnje.

Frontier istraživanje galijevog oksida (Ga ₂ O ∝)

Dioda na bazi Ga ₂ O3 koju je razvio Japanski istraživački institut za tehnologiju fluoriranih tekućina ima snagu probojnog polja od 8 MV/cm, što je više od 10 puta više od silicija. Iako je još uvijek u laboratorijskoj fazi, njegova teoretska razina otpornog napona može premašiti 10 kV, što se očekuje kao disruptivno rješenje za budući ultra-visokonaponski prijenos istosmjernom strujom.

4, Restrukturiranje i izazovi tržišnog obrasca

Eksplozivan rast obnovljive energije preoblikuje tržišnu ekologiju visoko{0}}naponskih dioda:

Strukturne promjene na strani potražnje

Prema predviđanju Yole D é evelopmenta, očekuje se da će globalno tržište visoko{0}}naponskih dioda dosegnuti 4,5 milijardi dolara do 2027. godine, s više od 40% od obnovljive energije. Kao najveće svjetsko fotonaponsko tržište, očekuje se da će kineska potražnja za visoko-naponskim diodama premašiti 8 milijardi do 2025., što će natjerati lokalna poduzeća kao što su Silan Microelectronics i Huatian Technology da zauzmu više od 60% tržišnog udjela.

Tehnološka konkurencija na strani ponude

Međunarodni divovi kao što su Texas Instruments i Infineon ubrzavaju raspored proizvodnih linija SiC-a, dok kineski proizvođači postižu prestizanje krivulja kroz modele vertikalne integracije. Na primjer, Sanan Optoelectronics izgradio je tvornicu SiC pločica od 6-inča s mjesečnom proizvodnjom od 50 000 komada, a njena stopa iskorištenja visokonaponske diode je 95%, uz cijenu 20% nižu od međunarodnih kolega.

Rizik kašnjenja standardnog sustava

Trenutačni standard IEC 60747 još uvijek koristi uređaje temeljene na siliciju-kao referentnu vrijednost, a postoje značajne razlike u parametrima kao što su koeficijent toplinske ekspanzije i opterećenje pakiranja materijala sa širokim pojasnim razmakom. Industrija hitno mora uspostaviti-standarde za ispitivanje visokonaponskih dioda za nove materijale kao što su SiC i GaN kako bi se izbjegle opasnosti kvalitete uzrokovane nedostatkom standarda.