Kakšne nove zahteve postavlja vzpon obnovljive energije za visoko-napetostne diode?

 

1, Preboj tehničnih parametrov: od kilovoltov do več deset tisoč voltov

Tradicionalne visoko{0}}napetostne diode se večinoma uporabljajo v industrijskih frekvenčnih pretvornikih, železniškem prometu in na drugih področjih, pri čemer so delovne napetosti večinoma koncentrirane v območju 600 V-1700 V. Vendar pa je s širitvijo integracije obnovljivih virov energije v omrežje elektroenergetski sistem postavil nove zahteve za raven vzdržljive napetosti visokonapetostnih diod:

Napetostni skok v enosmernem prenosnem sistemu

V zbiralnih sistemih fotonapetostnih elektrarn in vetrnih elektrarn tehnologija zbiranja enosmernega toka postaja mainstream. Če za primer vzamemo fotonapetostno bazo Talatan v provinci Qinghai, uporabljeni ultra-visokonapetostni daljnovod enosmernega toka ± 800 kV zahteva, da dioda prenese povratno vršno napetost, ki presega 10 kV. Dioda iz silicijevega karbida (SiC) z navpično strukturo, ki jo je razvil Taiji Semiconductor, je dosegla raven vzdržljive napetosti 12 kV z globokim jedkanjem in tehnologijo epitaksialne rasti, povratni čas okrevanja pa je bil skrajšan na 50 nanosekund, kar je 80 % več od tradicionalnih naprav, ki temeljijo na siliciju-.

Ekstremna okoljska prilagoditev vetrne energije na morju

Plavajoča platforma za vetrno elektrarno na morju postavlja stroge standarde za razpršenost soli in odpornost diod na korozijo. Visokonapetostna -dioda v kovinski kapsuli, ki jo je razvilo podjetje Weihai Huajie Electronics, uporablja tehnologijo gašenja vodikovega obloka in keramične podlage ter lahko še vedno stabilno deluje v okoljih s 95-odstotno vlažnostjo in 5-odstotno koncentracijo solnega pršila. Njegova življenjska doba je presegla 200.000 ur in postal je določena komponenta za pretvornik vetrne turbine Dongfang Electric s 15 MW na morju.

Upravljanje polnjenja in praznjenja sistema za shranjevanje energije

V sistemu za shranjevanje energije podjetja Ningde Times mora izravnalna dioda prenesti prehodni vpliv visoke napetosti med polnjenjem in praznjenjem paketa baterij. Uporabljena dioda regulatorja napetosti 5,1 V zmanjša povratni povratni naboj (Qrr) na eno-tretjino običajnih naprav s tehnologijo zlatega dopinga, podaljša življenjsko dobo baterije za 20 % in poveča ravnotežno učinkovitost na 99,5 %.

2, Globoka razširitev aplikacijskih scenarijev: od ene same funkcije do sistemske integracije

Značilnosti nihanja obnovljive energije poganjajo razvoj visoko{0}}napetostnih diod od tradicionalnih usmerjevalnih funkcij do rešitev na sistemski ravni:

Revolucija učinkovitosti fotovoltaičnih pretvornikov

V razsmerniku serije Huawei SUN2000-50KTL-H1 je dioda MUR1680CT za ultra hitro obnovitev (trr=80ns) uporabljena v protivzporedni povezavi z IGBT, kar zmanjša izgube preklapljanja za 40 %. V pogojih majhne obremenitve njegove značilnosti mehkega obnavljanja učinkovito zavirajo napetostne skoke, s čimer povečajo Euro Efficiency na 98,7 %, kar je za 1,2 odstotne točke več od tradicionalnih rešitev.

Nadgradnja zanesljivosti pretvornika vetrne energije

Dioda SiC Schottky, uporabljena v vetrni turbini Goldwind Technology z močjo 2,5 MW, ohranja stabilne lastnosti v temperaturnem območju od -40 stopinj do 150 stopinj, padec prevodne napetosti (VF) pa kaže negativen temperaturni koeficient z naraščajočo temperaturo, s čimer se izognete nevarnosti okvare zaradi lokalnega pregrevanja med vzporedno uporabo. Ta naprava je omogočila, da je MTBF (srednji čas med napakami) pretvornika presegel 200000 ur in zmanjšal letno stopnjo napak pod 0,3 %.

Ključna podpora za verigo industrije vodikove energije

V sistemu za proizvodnjo vodika z elektrolizo morajo visoko{0}}napetostne diode prenesti nihanja napetosti, ki jih povzroči pogosta zaustavitev zagona elektrolizne celice. TVS (Transient Voltage Suppressing Diode), ki ga je razvilo podjetje Silan Microelectronics, ima natančnost vpenjalne napetosti ± 1 % in odzivni čas manj kot 1 pikosekundo, kar učinkovito ščiti komponente membranske elektrode celic za elektrolizo PEM in ohranja učinkovitost sistema za proizvodnjo vodika pri več kot 78 %.

3, Premik paradigme inovacij materialov: od-temelječe na siliciju do širokopasovne vrzeli

Končno prizadevanje za energetsko učinkovitost v sistemih obnovljivih virov energije poganja pospešeno iteracijo visoko-napetostnih sistemov diodnih materialov

Uporaba silicijevega karbida (SiC) v velikem obsegu

Infineon CoolSiC ™ Serija diod 1200 V ima povratni obnovitveni čas le 35 nanosekund pri temperaturi spoja 25 stopinj in ima karakteristiko pozitivnega temperaturnega koeficienta, zaradi česar je enostavno vzporedno širiti. V Tesla V3 Supercharging Station ta naprava poveča gostoto moči 350kW polnilnega modula na 5kW/in ³, z učinkovitostjo polnjenja 99,2 %, kar je za 1,5 odstotne točke več kot rešitev na osnovi silicija-.

RF preboj galijevega nitrida (GaN)

V fotovoltaičnem napajalnem sistemu baznih postaj 5G Wolfspeedov GaN tranzistor z visoko mobilnostjo elektronov (HEMT) integrira diode za doseganje usklajevanja signala v frekvenčnem pasu 24 GHz–52 GHz, kar zmanjša porabo energije za 30 % v primerjavi s silicijevimi napravami. Ta tehnologija poveča dnevno proizvodnjo električne energije solarnega napajalnega sistema za bazne postaje za 18 % in zmanjša emisije ogljikovega dioksida za več kot 2 toni letno.

Frontier raziskovanje galijevega oksida (Ga ₂ O ∝)

Dioda na osnovi Ga ₂ O3, ki jo je razvil japonski raziskovalni inštitut za tehnologijo fluoriranih tekočin, ima razgradno poljsko jakost 8 MV/cm, kar je več kot 10-krat več kot silicij. Čeprav je še v laboratorijski fazi, lahko njegova teoretična vzdržna napetost preseže 10 kV, kar naj bi zagotovilo prelomno rešitev za prihodnji ultra-visokonapetostni enosmerni prenos.

4, Prestrukturiranje in izzivi tržnega vzorca

Eksplozivna rast obnovljivih virov energije preoblikuje tržno ekologijo visoko{0}}napetostnih diod:

Strukturne spremembe na strani povpraševanja

Po napovedi Yole D é evelopment naj bi svetovni-trg visokonapetostnih diod do leta 2027 dosegel 4,5 milijarde USD, pri čemer bo obnovljiva energija predstavljala več kot 40 %. Povpraševanje Kitajske po visoko-napetostnih diodah naj bi do leta 2025 kot največje fotovoltaično tržišče na svetu preseglo 8 milijard, zaradi česar bodo lokalna podjetja, kot sta Silan Microelectronics in Huatian Technology, zavzela več kot 60 % tržnega deleža.

Tehnološka konkurenca na strani ponudbe

Mednarodni velikani, kot sta Texas Instruments in Infineon, pospešujejo postavitev proizvodnih linij SiC, medtem ko kitajski proizvajalci dosegajo prehitevanje po krivuljah z modeli vertikalne integracije. Na primer, Sanan Optoelectronics je izdelal 6-palčno tovarno rezin SiC z mesečno proizvodnjo 50.000 kosov, njena stopnja izkoristka visokonapetostnih diod pa je 95 %, stroški pa so 20 % nižji od mednarodnih primerkov.

Tveganje zamika standardnega sistema

Trenutni standard IEC 60747 še vedno uporablja naprave, ki temeljijo na siliciju-, kot merilo uspešnosti in obstajajo znatne razlike v parametrih, kot sta koeficient toplotnega raztezanja in obremenitev embalaže materialov s široko pasovno vrzeljo. Industrija mora nujno vzpostaviti-standarde za testiranje visokonapetostnih diod za nove materiale, kot sta SiC in GaN, da bi se izognili nevarnostim za kakovost zaradi manjkajočih standardov.