Ce solicitări noi impune creșterea energiei regenerabile pentru diodele de înaltă tensiune{0}?

 

1, Revoluție a parametrilor tehnici: de la kilovolți la zeci de mii de volți

Diodele tradiționale de înaltă{0}}tensiune sunt utilizate în principal în convertoare industriale de frecvență, transport feroviar și în alte domenii, cu tensiuni de operare concentrate în cea mai mare parte în intervalul 600V-1700V. Cu toate acestea, odată cu extinderea integrării rețelei de energie din surse regenerabile, sistemul energetic a propus noi cerințe pentru nivelul de tensiune de rezistență al diodelor de înaltă tensiune:

Salt de tensiune în sistemul de transmisie DC

În sistemele de colectare a centralelor fotovoltaice și a parcurilor eoliene, tehnologia de colectare DC devine mainstream. Luând ca exemplu baza fotovoltaică Talatan din provincia Qinghai, linia de transmisie de curent continuu de ultra-înaltă tensiune de ± 800 kV utilizată necesită ca dioda să reziste la o tensiune de vârf inversă care depășește 10 kV. Dioda cu carbură de siliciu (SiC) cu structură verticală dezvoltată de Taiji Semiconductor a atins un nivel de tensiune de rezistență de 12 kV prin gravarea în șanț adânc și tehnologia de creștere epitaxială, iar timpul de recuperare inversă a fost scurtat la 50 de nanosecunde, ceea ce este cu 80% mai mare decât dispozitivele tradiționale bazate pe siliciu-.

Adaptarea extremă la mediu a energiei eoliene offshore

Platforma plutitoare de energie eoliană offshore stabilește standarde stricte pentru rezistența la pulverizare de sare și la coroziune a diodelor. Dioda de înaltă tensiune-încapsulată cu metal dezvoltată de Weihai Huajie Electronics adoptă tehnologia de stingere a arcului cu hidrogen și substrat ceramic și poate funcționa în continuare stabil în medii cu 95% umiditate și 5% concentrație de pulverizare de sare. Durata sa de viață a depășit 200000 de ore și a devenit componenta desemnată pentru invertorul de turbină eoliană offshore Dongfang Electric de 15 MW.

Managementul încărcării și descărcării sistemului de stocare a energiei

În sistemul de stocare a energiei Ningde Times, dioda de echilibrare trebuie să reziste la impactul tranzitoriu de înaltă tensiune în timpul încărcării și descărcării acumulatorului. Dioda de reglare a tensiunii de 5,1 V utilizată reduce sarcina de recuperare inversă (Qrr) la o-treime din cea a dispozitivelor tradiționale prin tehnologia de dopaj cu aur, prelungind durata de viață a bateriei cu 20% și mărind eficiența echilibrului la 99,5%.

2, Extinderea profundă a scenariilor de aplicație: de la o singură funcție la integrarea sistemului

Caracteristicile de fluctuație ale energiei regenerabile determină evoluția diodelor de-înaltă tensiune de la funcțiile tradiționale de redresare la soluții la nivel de sistem:

Revoluția în eficiență a invertoarelor fotovoltaice

În invertorul din seria Huawei SUN2000-50KTL-H1, dioda de recuperare ultra rapidă MUR1680CT (trr=80ns) este utilizată în antiparalel cu IGBT, reducând pierderile de comutare cu 40%. În condiții de încărcare ușoară, caracteristicile sale de recuperare ușoară suprimă efectiv vârfurile de tensiune, crescând Euro Efficiency la 98,7%, ceea ce este cu 1,2 puncte procentuale mai mare decât soluțiile tradiționale.

Upgrade de fiabilitate a convertizorului de energie eoliană

Dioda SiC Schottky utilizată în turbina eoliană de 2,5 MW a Goldwind Technology menține caracteristici stabile în intervalul de temperatură de la -40 grade până la 150 grade, iar scăderea tensiunii de conducere (VF) prezintă un coeficient de temperatură negativ cu creșterea temperaturii, evitând riscul defecțiunii cauzate de supraîncălzirea locală în timpul utilizării în paralel. Acest dispozitiv a permis MTBF (timpul mediu dintre defecțiuni) al invertorului să depășească 200000 de ore și a redus rata anuală de defecțiuni la sub 0,3%.

Sprijin cheie pentru lanțul industriei energetice cu hidrogen

În sistemul de producere a hidrogenului prin electroliză, diodele de-tensiune înaltă trebuie să reziste la fluctuațiile de tensiune cauzate de oprirea frecventă a pornirii celulei de electroliză. TVS (Dioda de suprimare a tensiunii tranzitorii) dezvoltată de Silan Microelectronics are o precizie a tensiunii de strângere de ± 1% și un timp de răspuns mai mic de 1 picosecundă, protejând eficient componentele electrodului membranar ale celulelor de electroliză PEM și menținând eficiența sistemului de producere a hidrogenului la peste 78%.

3, Schimbarea de paradigmă a inovației materiale: de la baza de siliciu-la bandgap largă

Urmărirea finală a eficienței energetice în sistemele de energie regenerabilă conduce la iterarea accelerată a sistemelor de materiale cu diode de înaltă tensiune{0}

Aplicare pe scară largă a carburii de siliciu (SiC)

Infineon CoolSiC™ Dioda din seria 1200V are un timp de recuperare invers de numai 35 de nanosecunde la o temperatură de joncțiune de 25 de grade și are o caracteristică de coeficient de temperatură pozitivă, făcându-l ușor de extins în paralel. În stația de supraîncărcare Tesla V3, acest dispozitiv crește densitatea de putere a modulului de încărcare de 350 kW la 5 kW/in³, cu o eficiență de încărcare de 99,2%, care este cu 1,5 puncte procentuale mai mare decât soluția bazată pe siliciu-.

Descoperirea RF a nitrurii de galiu (GaN)

În sistemul de alimentare fotovoltaic al stațiilor de bază 5G, tranzistorul de mare mobilitate a electronilor (HEMT) GaN de la Wolfspeed integrează diode pentru a obține rectificarea semnalului în banda de frecvență 24GHz-52GHz, reducând consumul de energie cu 30% în comparație cu dispozitivele cu siliciu. Această tehnologie crește generarea zilnică de energie a sistemului de alimentare cu energie solară pentru stațiile de bază cu 18% și reduce emisiile de dioxid de carbon cu peste 2 tone anual.

Explorarea de frontieră a oxidului de galiu (Ga ₂ O ∝)

Dioda pe bază de Ga ₂ O3 dezvoltată de Institutul de Cercetare a Tehnologiei Fluidelor Fluorizate din Japonia are o intensitate a câmpului de defalcare de 8MV/cm, care este de peste 10 ori mai mare decât cea a siliciului. Deși este încă în stadiu de laborator, nivelul său teoretic de tensiune de rezistență poate depăși 10 kV, ceea ce se așteaptă să ofere o soluție perturbatoare pentru viitoarea transmisie de curent continuu de ultra-înaltă tensiune.

4, Restructurarea și provocările modelului pieței

Creșterea explozivă a energiei regenerabile transformă ecologia pieței a diodelor de înaltă tensiune{0}:

Modificări structurale pe partea cererii

Conform previziunilor Yole D é evelopment, piața globală a diodelor de înaltă{0}}tensiune este de așteptat să atingă 4,5 miliarde USD până în 2027, energia regenerabilă reprezentând peste 40%. Fiind cea mai mare piață fotovoltaică din lume, cererea Chinei de diode de înaltă-tensiune este de așteptat să depășească 8 miliarde până în 2025, determinând întreprinderi locale precum Silan Microelectronics și Huatian Technology să ocupe mai mult de 60% din cota de piață.

Concurență tehnologică pe partea ofertei

Giganții internaționali precum Texas Instruments și Infineon accelerează configurarea liniilor de producție SiC, în timp ce producătorii chinezi realizează depășirea curbei prin modele de integrare verticală. De exemplu, Sanan Optoelectronics a construit o fabrică de napolitane SiC de 6-inchi, cu o producție lunară de 50.000 de bucăți, iar rata de randament a diodei de înaltă tensiune este de 95%, cu un cost cu 20% mai mic decât colegii internaționali.

Riscul de întârziere al sistemului standard

Actualul standard IEC 60747 folosește în continuare dispozitive bazate pe siliciu-ca etalon și există diferențe semnificative în parametri, cum ar fi coeficientul de dilatare termică și stresul de ambalare a materialelor cu bandgap largă. Industria trebuie să stabilească urgent standarde de testare a diodelor de-înaltă tensiune pentru materiale noi, cum ar fi SiC și GaN, pentru a evita pericolele de calitate cauzate de standardele lipsă.