在當前的儲能系統(tǒng)中，尤其是涉及到高壓、高頻、高效能應(yīng)用時，寬禁帶半導(dǎo)體材料如SiC（碳化硅）正越來越受到青睞，因為這種材料相對于傳統(tǒng)的IGBT（硅基絕緣柵雙極型晶體管）具有顯著優(yōu)勢。
與此同時，也看到越來越多的龍頭企業(yè)開始導(dǎo)入SiC技術(shù)，用來作為硅MOSFET或IGBT的替代方案。
SiC正在成為儲能主流
早在去年底，國家電網(wǎng)等多家企業(yè)宣布，他們成功將SiC技術(shù)應(yīng)用在電網(wǎng)電力系統(tǒng)中，并且實現(xiàn)了SiC MOSFET芯片的全國產(chǎn)化。同時首臺基于國產(chǎn)SiC MOSFET芯片的低壓配電網(wǎng)柔性調(diào)控裝置現(xiàn)場聯(lián)調(diào)成功，實際效果處于國際領(lǐng)先水平。
而該裝置的關(guān)鍵在于實現(xiàn)了國產(chǎn)SiC MOSFET替代進口IGBT功率芯片，并且采用這種SiC方案對配電臺區(qū)供電質(zhì)量的綜合治理成本降低約75%。
這在于SiC MOSFET相比IGBT具有更低的導(dǎo)通電阻和開關(guān)損耗，這使得在相同的工作條件下，SiC器件能夠?qū)崿F(xiàn)更高的效率。在儲能系統(tǒng)中，這意味著能量轉(zhuǎn)換的損耗更小，能量利用率更高。
并且SiC材料的高溫工作特性優(yōu)于硅材料，使得SiC器件在高溫環(huán)境下的性能更加穩(wěn)定。也正是由于SiC器件的高效率和高溫穩(wěn)定性，可以減少散熱需求，從而減小散熱器的尺寸，使得整個儲能系統(tǒng)的體積和重量得以減少。
SiC MOSFET還支持更高的開關(guān)頻率，這有助于減小儲能系統(tǒng)中無源元件的體積和重量，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的整體小型化和輕量化。更重要的是SiC材料具有更高的擊穿電壓，使得SiC器件在高壓應(yīng)用中更為可靠，適合用于高電壓儲能系統(tǒng)。
顯然，SiC在儲能產(chǎn)品中相比IGBT具有顯著的性能優(yōu)勢，尤其是在效率、高溫穩(wěn)定性和高頻操作能力方面。甚至不止是SiC，GaN同樣具備較高的禁帶寬度，支持更高頻率的開關(guān)操作和更低的傳導(dǎo)損耗。尤其是在高頻DC/DC轉(zhuǎn)換器和小型化逆變器設(shè)計中，GaN的優(yōu)勢尤為突出，它能實現(xiàn)更小的體積和重量，這對于便攜式儲能設(shè)備和需要緊湊結(jié)構(gòu)的設(shè)計非常有利。
不過GaN雖然在理論性能上有更高的擊穿電場強度和電子遷移率，尤其適合高頻、低電壓、高效率的電源轉(zhuǎn)換場景，但在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用還在快速發(fā)展的階段，盡管GaN在消費電子、數(shù)據(jù)中心電源、以及特定類型的儲能系統(tǒng)（如輕量化、高頻率的DC/AC轉(zhuǎn)換）中有明顯優(yōu)勢，但其在大規(guī)模儲能系統(tǒng)中的普及程度尚不及SiC。
而SiC在儲能應(yīng)用上的商業(yè)化進程確實相對較成熟一些。這是因為SiC技術(shù)經(jīng)過長期的發(fā)展和市場驗證，已經(jīng)在許多高壓和高溫環(huán)境下得到了成功應(yīng)用，尤其是在電動汽車、光伏逆變器以及儲能系統(tǒng)中的功率轉(zhuǎn)換模塊等方面。
市場中的SiC儲能解決方案
SiC在當前市場的應(yīng)用其實已經(jīng)非常廣泛，尤其在新能源汽車以及光伏儲能高速發(fā)展的今天，SiC器件通常被作為核心功率轉(zhuǎn)換模塊的一部分，幫助實現(xiàn)高效、快速的能量轉(zhuǎn)換和控制，從而優(yōu)化整個儲能系統(tǒng)的性能和可靠性。
比如在高效的雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器、高壓逆變器、快速充電站、微電網(wǎng)電力轉(zhuǎn)換設(shè)備、大規(guī)模儲能電站的功率調(diào)節(jié)設(shè)備。
市場中也有不少公司推出了相關(guān)產(chǎn)品來應(yīng)對目前的儲能市場的變化，如Wolfspeed提供SiC肖特基二極管、SiC MOSFET以及功率模塊，如WolfPACK系列。英飛凌也可以提供1200V SiC MOSFET，用于電動汽車的電驅(qū)逆變器。安森美也有一系列基于SiC的產(chǎn)品，適用于電動汽車和工業(yè)應(yīng)用中的電力轉(zhuǎn)換。此外包括羅姆、ST、ABB等企業(yè)都有供應(yīng)SiC相關(guān)產(chǎn)品。
國內(nèi)市場在SiC的應(yīng)用上也有了不少的積累，除了上面提到的中國電科、國電南自聯(lián)合研發(fā)全國產(chǎn)化SiC儲能變流器外，近期也有不少國內(nèi)企業(yè)相繼發(fā)布了采用SiC的儲能相關(guān)產(chǎn)品。
比如盛弘股份推出了全球首款基于碳化硅技術(shù)的工商業(yè)模塊化儲能變流器PWS1-125M。該變流器采用SiC技術(shù)，提高了功率密度和系統(tǒng)效率，同時減少了無源器件的體積和成本，提升了儲能系統(tǒng)的性價比。
江蘇數(shù)世能源推出了搭載全球首款基于碳化硅技術(shù)的工商業(yè)模塊化儲能變流器的高安全固態(tài)電池儲能系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合了SiC技術(shù)和固態(tài)電池，提供了更高的安全性和更長的使用壽命，同時提升了儲能系統(tǒng)的整體性能。
而在近期，英博電氣也推出了一款125kW儲能變流器，采用三相四橋臂設(shè)計和SiC核心器件，在效率更加出色的同時，也確保了設(shè)備運行的穩(wěn)定性和可靠性。據(jù)測試數(shù)據(jù)顯示，該模塊的滿載效率大于98%，且擁有更寬的直流電壓范圍。
利星能在SiC技術(shù)領(lǐng)域也實現(xiàn)了突破性創(chuàng)新應(yīng)用，能借助SiC的優(yōu)越特性，加上自研技術(shù)和資源整合優(yōu)勢，將儲能系統(tǒng)效率和熱性能提升到全新高度，成功實現(xiàn)PCS能量轉(zhuǎn)換效率≥99%，系統(tǒng)整體效率≥92%，助力用戶效益提升約6%。
許繼電力在十年前就開始對基于碳化硅的IGBT、二極管和MOSFET半導(dǎo)體器件進行研究，研究其驅(qū)動的設(shè)計、散熱的設(shè)計和故障保護等，目前50kW以下的功率模塊均采用的是SiC半導(dǎo)體器件。
不少企業(yè)也開始透露，目前將會陸續(xù)推出含有SiC的產(chǎn)品，計劃在今年6月份前后完成SiC產(chǎn)品的較完整切換，并準備在2025年之前實現(xiàn)大規(guī)模的切換。
小結(jié)
SiC解決方案在儲能產(chǎn)品中展現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢，包括更高的效率、更小的尺寸、更輕的重量、更低的成本以及更好的耐高溫性能，這些都是SiC技術(shù)在儲能領(lǐng)域受到青睞的原因。隨著技術(shù)的不斷進步和成本的降低，預(yù)計SiC在儲能產(chǎn)品中的應(yīng)用將會更加廣泛。
