首创: 弗朗霍夫推出碳化硅中压组串逆变器

笔者从德国Fraunhofer ISE太阳能系统研究所官网获悉，该研究所“MS-LeiKra”团队采用碳化硅中压组串式逆变器，成功将光伏发电并网电压提升至1500V，实现光伏并网从低电压向中电压的转变。

1.更高电压–更低成本

更高电压意味着更低的电网建设和电流传送成本。

据统计，一个中等规模的光伏电站所使用的电缆长达数十公里。当并网电压在800伏时，一个250KW的组串逆变器通常配置最小横断面为120平方毫米的电缆；而如果把电压提高到1500伏，电缆横截面可减至35平方毫米，如此每公里电缆的铜消耗量会减少约700公斤。

此外，更高的电压意味着相同功率下更低的电流，也意味着光伏电站电缆上的电流线损会更低，能效会跟高。

因此，从当前标准并网电压400Vac – 800Vac，升级到1000Vac – 1500Vac，这是电力系统设计的重要课题。目前行业还没有1000Vac以上的产品和使用标准。

2.更高电压–更大挑战

然而，更高的电压，意味着对系统设备更大的挑战。

对于组串式逆变器来说，提高电压意味着要建立一个更高效率和更紧凑型的设计体系，但这对基于硅半导体的逆变器是一个挑战，包括散热、电流密度等各种问题。

碳化硅则是该问题的最好解决方案。采用碳化硅作为半导体器件的逆变器，可以实现高速开关，具有低导通电阻、大电流承受能力和更好散热效果、更高工作温度等特点；采用全桥拓扑结构，通过PWM信号控制功率开关管的开关状态，可实现对电压、电流的精确调节。

综合来说，碳化硅逆变器的高效率、高频特性、高温性能和小型轻量化，可以帮助光伏电站系统设计小型化、高效化和更低成本。但碳化硅器件同样存在成本高、制程难度大、开发难度大等问题，碳化硅和绝缘二氧化硅材料界面的缺陷仍然可能是这类设备的一个问题。

3.碳化硅–大势所趋

耐高温、耐高压、抗高频、大功率的电气特性使碳化硅成为电力电子、射频等领域的宠儿，在光伏行业趋势明确，逆变器应用碳化硅优势突出。

随着光伏行业全面进军“1500V”以及“20A大电流”时代，要建成更大组串，就需要进一步降低组件工作电压和提高电站的电压等级。采用SiC后，光伏逆变器系统转化效率可从96%提升到99%以上，能量损耗降低30%以上，功率密度增加50%，能显著提高循环设备的使用寿命，降低系统的体积，节约系统成本10%。

在全球碳中和的驱动背景下，不只是光伏，包括风电、充电桩等应用领域，碳化硅的应用与市场规模或将上升到一个新的高度。