Mitä uusia vaatimuksia uusiutuvan energian lisääntyminen asettaa{0}}korkeajännitediodeille?

 

1, Teknisten parametrien läpimurto: kilovolteista kymmeniin tuhansiin voltteihin

Perinteisiä{0}}korkeajännitediodeja käytetään pääasiassa teollisissa taajuusmuuttajissa, rautatieliikenteessä ja muilla aloilla, ja käyttöjännitteet keskittyvät enimmäkseen 600 V-1700 V alueelle. Uusiutuvan energian verkkointegraation laajenemisen myötä sähköjärjestelmä on kuitenkin asettanut uusia vaatimuksia suurjännitediodien kestojännitetasolle:

Jännitteen hyppy DC-siirtojärjestelmässä

Aurinkosähkövoimaloiden ja tuulivoimaloiden keräysjärjestelmissä DC-keräysteknologia on yleistymässä. Kun otetaan esimerkkinä Talatanin aurinkosähkötukikohta Qinghain maakunnassa, käytetty ± 800 kV ultra-korkeajännitetasavirtajohto edellyttää, että diodi kestää yli 10 kV:n käänteisen huippujännitteen. Taiji Semiconductorin kehittämä pystyrakenteinen piikarbididiodi (SiC) on saavuttanut 12 kV:n kestojännitetason syväsyövytyksen ja epitaksiaalisen kasvuteknologian avulla, ja käänteinen palautumisaika on lyhennetty 50 nanosekuntiin, mikä on 80 % korkeampi kuin perinteisissä pii{8}pohjaisissa laitteissa.

Offshore-tuulivoiman äärimmäinen ympäristösopeutuminen

Kelluva offshore-tuulivoimaalusta asettaa tiukat standardit diodien suolasumulle ja korroosionkestävyydelle. Weihai Huajie Electronicsin kehittämä metallikoteloitu korkeajännitediodi{1}} käyttää vetykaarisammutustekniikkaa ja keraamista alustatekniikkaa, ja se voi silti toimia vakaasti ympäristöissä, joissa kosteus on 95 % ja suolasuihkupitoisuus 5 %. Sen käyttöikä on ylittänyt 200 000 tuntia, ja siitä on tullut Dongfang Electricin 15 MW:n offshore-tuuliturbiiniinvertterin suunniteltu komponentti.

Energian varastointijärjestelmän lataus- ja purkaushallinta

Ningde Timesin energian varastointijärjestelmässä tasapainotusdiodin on kestettävä ohimenevä suurjänniteisku akun latauksen ja purkamisen aikana. Käytetty 5,1 V:n jännitteensäädindiodi vähentää käänteisen palautusvarauksen (Qrr) kolmasosaan perinteisten laitteiden vastaavasta kullan dopingtekniikan ansiosta, pidentää akun käyttöikää 20 % ja nostaa tasapainotehokkuuden 99,5 %:iin.

2, sovellusskenaarioiden syvällinen laajentaminen: yhdestä toiminnosta järjestelmäintegraatioon

Uusiutuvan energian vaihteluominaisuudet ohjaavat suurjännitediodien kehitystä perinteisistä tasasuuntaustoiminnoista järjestelmätason ratkaisuihin:

Aurinkosähköinvertterien tehokkuuden vallankumous

Huawei SUN2000-50KTL-H1-sarjan invertterissä MUR1680CT ultranopeaa palautusdiodia (trr=80ns) käytetään rinnakkain IGBT:n kanssa, mikä vähentää kytkentähäviöitä 40 %. Kevyissä kuormitusolosuhteissa sen pehmeät palautumisominaisuudet vaimentavat tehokkaasti jännitepiikkejä ja nostavat Euro Efficiencyn 98,7 prosenttiin, mikä on 1,2 prosenttiyksikköä korkeampi kuin perinteiset ratkaisut.

Tuulivoimamuuntimen luotettavuuden päivitys

Goldwind Technologyn 2,5 MW:n tuuliturbiinissa käytetty SiC Schottky -diodi säilyttää vakaat ominaisuudet lämpötila-alueella -40 astetta - 150 astetta, ja johtojännitehäviö (VF) näyttää negatiivisen lämpötilakertoimen lämpötilan noustessa, mikä välttää paikallisen ylikuumenemisen aiheuttaman vikariskin rinnakkaisen käytön aikana. Tämä laite on mahdollistanut taajuusmuuttajan MTBF:n (keskimääräisen vikojen välisen ajan) yli 200 000 tunnin ja vähentänyt vuotuisen vikatiheyden alle 0,3 prosenttiin.

Keskeinen tuki vetyenergiateollisuuden ketjulle

Elektrolyysivedyn tuotantojärjestelmässä korkeajännitediodien on kestettävä jännitteen vaihtelut, jotka johtuvat elektrolyysikennon toistuvasta käynnistyspysähdyksestä. Silan Microelectronicsin kehittämän TVS:n (Transient Voltage Suppressing Diode) puristusjännitteen tarkkuus on ± 1 % ja vasteaika alle 1 pikosekunti, mikä suojaa tehokkaasti PEM-elektrolyysikennojen kalvoelektrodikomponentteja ja pitää vedyntuotantojärjestelmän tehokkuuden yli 78 %:ssa.

3. Materiaaliinnovaatioiden paradigman muutos: pii-pohjaisesta laajakaistaiseen

Uusiutuvan energian järjestelmien äärimmäinen pyrkimys energiatehokkuuteen ajaa korkeajännitteisten{0}}diodimateriaalijärjestelmien nopeutettua iteraatiota

Piikarbidin (SiC) laajamittainen käyttö

Infineon CoolSiC ™ Sarjan 1200 V diodin käänteinen palautumisaika on vain 35 nanosekuntia liitoslämpötilassa 25 astetta, ja sillä on positiivinen lämpötilakerroinominaisuus, mikä tekee siitä helpon laajentaa rinnakkain. Tesla V3 Supercharging Stationissa tämä laite nostaa 350 kW:n latausmoduulin tehotiheyden 5 kW:iin/in³, ja latausteho on 99,2 %, mikä on 1,5 prosenttiyksikköä korkeampi kuin pii-pohjainen ratkaisu.

Galliumnitridin (GaN) RF-läpimurto

5G-tukiasemien aurinkosähkövirtalähdejärjestelmässä Wolfspeedin GaN high elektronimobility -transistori (HEMT) integroi diodit signaalin tasasuuntaamiseksi taajuusalueella 24GHz-52GHz, mikä vähentää virrankulutusta 30 % piilaitteisiin verrattuna. Tämä teknologia lisää tukiasemien aurinkosähköjärjestelmän päivittäistä sähköntuotantoa 18 % ja vähentää hiilidioksidipäästöjä yli 2 tonnia vuodessa.

Galliumoksidin (Ga ₂ O ∝) rajatutkimus

Japan Fluorinated Fluid Technology Research Instituten kehittämän Ga ₂ O3 -pohjaisen diodin läpilyöntikentän voimakkuus on 8 MV/cm, mikä on yli 10 kertaa piin. Vaikka se on vielä laboratoriovaiheessa, sen teoreettinen kestojännitetaso voi ylittää 10 kV, minkä odotetaan tarjoavan häiritsevän ratkaisun tulevalle ultra{5}}korkeajännitteiselle tasavirtasiirrolle.

4, Rakenneuudistus ja markkinamallin haasteet

Uusiutuvan energian räjähdysmäinen kasvu muokkaa korkeajännitediodien -markkinaekologiaa:

Rakenteelliset muutokset kysyntäpuolella

Yole D é evelopmentin ennusteen mukaan maailmanlaajuisten korkeajännitediodimarkkinoiden odotetaan nousevan 4,5 miljardiin dollariin vuoteen 2027 mennessä, ja uusiutuvan energian osuus on yli 40 %. Maailman suurimpana aurinkosähkömarkkinana Kiinan korkeajännitediodien kysynnän odotetaan ylittävän 8 miljardia vuoteen 2025 mennessä, mikä saa paikalliset yritykset, kuten Silan Microelectronics ja Huatian Technology, ottamaan yli 60 % markkinaosuudesta.

Tarjontapuolen teknologiakilpailu

Kansainväliset jättiläiset, kuten Texas Instruments ja Infineon, nopeuttavat piikarbidin tuotantolinjojen sijoittelua, kun taas kiinalaiset valmistajat saavuttavat käyrän ohituksia vertikaalisten integraatiomallien avulla. Esimerkiksi Sanan Optoelectronics on rakentanut 6- tuuman piikarbidilevyn, jonka kuukausituotanto on 50 000 kappaletta, ja sen suurjännitediodin tuottoaste on 95 % ja kustannukset 20 % alhaisemmat kuin kansainväliset vastaavat.

Vakiojärjestelmän viiveriski

Nykyinen IEC 60747 -standardi käyttää edelleen pii{1}}pohjaisia ​​laitteita vertailukohtana, ja laajakaistaisten materiaalien parametreissa, kuten lämpölaajenemiskertoimessa ja pakkausjännityksissä, on merkittäviä eroja. Alan on pikaisesti luotava korkeat-jännitediodien testausstandardit uusille materiaaleille, kuten SiC ja GaN, jotta vältetään puuttuvien standardien aiheuttamat laaturiskit.