אילו דרישות חדשות מציבה עליית האנרגיה המתחדשת לדיודות-מתח גבוה?

 

1, פריצת דרך של פרמטרים טכניים: מקילו וולט לעשרות אלפי וולט

דיודות מתח גבוה- מסורתיות משמשות בעיקר בממירי תדרים תעשייתיים, מעבר מסילות ובתחומים אחרים, כאשר מתחי ההפעלה מרוכזים בעיקר בתחום 600V-1700V. עם זאת, עם הרחבת שילוב רשתות האנרגיה המתחדשת, מערכת החשמל הציגה דרישות חדשות לרמת המתח של דיודות במתח גבוה:

קפיצת מתח במערכת השידור DC

במערכות האיסוף של תחנות כוח פוטו-וולטאיות וחוות רוח, טכנולוגיית איסוף DC הופכת למיינסטרים. אם לוקחים את הבסיס הפוטו-וולטאי של Talatan במחוז צ'ינגהאי כדוגמה, קו ההולכה של זרם ישר במתח גבוה של ± 800kV בשימוש מחייב שהדיודה תעמוד במתח שיא הפוך העולה על 10kV. דיודת הסיליקון קרביד במבנה אנכי (SiC) שפותחה על ידי Taiji Semiconductor השיגה רמת מתח עמידה של 12kV באמצעות צריבת תעלות עמוקות וטכנולוגיית צמיחה אפיטקסיאלית, וזמן ההתאוששות ההפוכה קוצר ל-50 ננו-שניות, שהוא גבוה ב-80% ממכשירים מבוססי סיליקון מסורתיים-.

התאמה סביבתית קיצונית של אנרגיית רוח ימית

פלטפורמת כוח הרוח הצפה מהחוף קובעת סטנדרטים מחמירים להתזת מלח ועמידות בפני קורוזיה של דיודות. דיודת המתח הגבוה-המכוסה מתכת שפותחה על ידי Weihai Huajie Electronics מאמצת טכנולוגיית כיבוי קשת מימן ומצע קרמי, ועדיין יכולה לפעול ביציבות בסביבות עם 95% לחות וריכוז תרסיס מלח של 5%. תוחלת החיים שלו עלתה על 200000 שעות והיא הפכה לרכיב המיועד למהפך טורבינת הרוח הימית של Dongfang Electric של 15MW.

ניהול טעינה ופריקה של מערכת אגירת אנרגיה

במערכת אחסון האנרגיה של Ningde Times, דיודת האיזון צריכה לעמוד בהשפעת המתח הגבוה החולפת במהלך הטעינה והפריקה של ערכת הסוללות. דיודת ווסת המתח 5.1V המשמשת מפחיתה את טעינת ההתאוששות ההפוכה (Qrr) ל-שליש מזה של מכשירים מסורתיים באמצעות טכנולוגיית סימום זהב, מאריכה את חיי הסוללה ב-20% ומגדילה את יעילות שיווי המשקל ל-99.5%.

2, הרחבה עמוקה של תרחישי יישומים: מפונקציה בודדת לשילוב מערכת

מאפייני התנודות של אנרגיה מתחדשת מניעים את ההתפתחות של דיודות-מתח גבוה מפונקציות תיקון מסורתיות לפתרונות ברמת המערכת:

מהפכת היעילות של ממירים פוטו-וולטאיים

בממיר מסדרת Huawei SUN2000-50KTL-H1, דיודת ההתאוששות המהירה במיוחד MUR1680CT (trr=80ns) נמצאת בשימוש נגד במקביל ל-IGBT, ומפחיתה את הפסדי המיתוג ב-40%. בתנאי עומס קל, מאפייני ההתאוששות הרכים שלו מדכאים ביעילות קוצים במתח, ומגדילים את יעילות האירו ל-98.7%, שהיא גבוהה ב-1.2 נקודות אחוז מפתרונות מסורתיים.

שדרוג אמינות של ממיר כוח רוח

דיודת ה-SiC Schottky המשמשת בטורבינת הרוח 2.5MW של Goldwind Technology שומרת על מאפיינים יציבים בטווח הטמפרטורות של -40 מעלות עד 150 מעלות, ומפל מתח ההולכה (VF) מראה מקדם טמפרטורה שלילי עם עליית הטמפרטורה, מונע את הסיכון לכשל שנגרם כתוצאה מהתחממות יתר מקומית במהלך שימוש מקביל. התקן זה אפשר ל-MTBF (הזמן הממוצע בין תקלות) של המהפך לחרוג מ-200000 שעות והפחית את שיעור הכשל השנתי מתחת ל-0.3%.

תמיכה מרכזית בשרשרת תעשיית אנרגיית המימן

במערכת ייצור מימן אלקטרוליזה, דיודות במתח גבוה-צריכות לעמוד בתנודות מתח הנגרמות כתוצאה מעצירת התחלה תכופה של תא האלקטרוליזה. ל-TVS (דיודת מתח חולף) שפותחה על ידי Silan Microelectronics יש דיוק מתח הידוק של ± 1% וזמן תגובה של פחות מ-1 פיקושניה, המגן ביעילות על רכיבי האלקטרודה הממברנה של תאי אלקטרוליזה PEM ושומר על יעילות מערכת ייצור המימן במעל 78%.

3, שינוי הפרדיגמה של חדשנות חומרית: מסיליקון-למבוסס פס רחב

השאיפה האולטימטיבית ליעילות אנרגטית במערכות אנרגיה מתחדשת מניעה את האיטרציה המואצת של מערכות דיודות במתח גבוה-

יישום בקנה מידה גדול של סיליקון קרביד (SiC)

Infineon CoolSiC ™ לדיודה 1200V מסדרת יש זמן התאוששות הפוך של 35 ננו-שניות בלבד בטמפרטורת צומת של 25 מעלות, ובעלת מאפיין מקדם טמפרטורה חיובי, מה שמקל על הרחבה במקביל. בתחנת הטעינה העל של Tesla V3, מכשיר זה מגדיל את צפיפות ההספק של מודול הטעינה של 350kW ל-5kW/in ³, עם יעילות טעינה של 99.2%, שהיא גבוהה ב-1.5 נקודות אחוז מהפתרון המבוסס-סיליקון.

פריצת דרך RF של Gallium Nitride (GaN)

במערכת אספקת החשמל הפוטו-וולטאית של תחנות בסיס 5G, טרנזיסטור ה-GaN High electron mobility (HEMT) של Wolfspeed משלב דיודות כדי להשיג תיקון אות בפס התדרים 24GHz-52GHz, ומפחית את צריכת החשמל ב-30% בהשוואה למכשירי סיליקון. טכנולוגיה זו מגדילה את ייצור החשמל היומי של מערכת אספקת החשמל הסולארית לתחנות בסיס ב-18% ומפחיתה את פליטת הפחמן הדו-חמצני ביותר מ-2 טון בשנה.

חקר גבול של תחמוצת גליום (Ga ₂ O ∝)

הדיודה המבוססת על Ga ₂ O3 שפותחה על ידי המכון למחקר טכנולוגיית הנוזל הפלור ביפן היא בעלת חוזק שדה פירוק של 8MV/cm, שהוא יותר מפי 10 מזה של סיליקון. למרות שהוא עדיין בשלב המעבדה, רמת המתח התיאורטית שלו יכולה לעלות על 10kV, מה שצפוי לספק פתרון משבש לשידור זרם ישר במתח גבוה במיוחד.

4, ארגון מחדש ואתגרים של דפוס שוק

הצמיחה הנפיצה של אנרגיה מתחדשת מעצבת מחדש את אקולוגיית השוק של דיודות-מתח גבוה:

שינויים מבניים בצד הביקוש

על פי התחזית של Yole D é evelopment, שוק דיודות המתח הגבוה- העולמי צפוי להגיע ל-4.5 מיליארד דולר עד 2027, כאשר אנרגיה מתחדשת מהווה יותר מ-40%. בתור השוק הפוטו-וולטאי הגדול בעולם, הביקוש של סין לדיודות מתח גבוה- צפוי לעלות על 8 מיליארד עד 2025, מה שדוחף ארגונים מקומיים כמו Silan Microelectronics ו-Huatian Technology לתפוס יותר מ-60% מנתח השוק.

תחרות טכנולוגיה בצד ההיצע

ענקיות בינלאומיות כמו Texas Instruments ו-Infineon מאיצות את פריסת קווי הייצור של SiC, בעוד שיצרנים סיניים משיגים עקיפה של עקומה באמצעות מודלים של אינטגרציה אנכית. לדוגמה, Sanan Optoelectronics בנתה פאב של 6- אינצ'ים SiC עם ייצור חודשי של 50,000 חתיכות, ושיעור התפוקה של דיודות המתח הגבוה שלה הוא 95%, עם עלות נמוכה ב-20% בהשוואה לעמיתים בינלאומיים.

סיכון הפיגור של מערכת סטנדרטית

התקן הנוכחי של IEC 60747 עדיין משתמש בהתקנים מבוססי סיליקון-כנקודת הבחינה, ויש הבדלים משמעותיים בפרמטרים כגון מקדם התפשטות תרמית ומתח האריזה של חומרים רחבי פס. התעשייה צריכה בדחיפות לקבוע תקני בדיקת דיודות- גבוהים עבור חומרים חדשים כגון SiC ו-GaN כדי למנוע סכנות איכות הנגרמות כתוצאה מתקנים חסרים.