ความต้องการใหม่ๆ อะไรที่เพิ่มขึ้นของพลังงานหมุนเวียนก่อให้เกิด-ไดโอดไฟฟ้าแรงสูง

 

1 ความก้าวหน้าของพารามิเตอร์ทางเทคนิค: จากกิโลโวลต์ถึงหมื่นโวลต์

ไดโอดแรงดันสูง-แบบเดิมส่วนใหญ่จะใช้ในตัวแปลงความถี่ทางอุตสาหกรรม การขนส่งทางรถไฟ และสาขาอื่นๆ โดยแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานส่วนใหญ่จะกระจุกตัวในช่วง 600V-1700V อย่างไรก็ตาม ด้วยการขยายตัวของการบูรณาการโครงข่ายพลังงานหมุนเวียน ระบบไฟฟ้าได้นำเสนอข้อกำหนดใหม่สำหรับระดับแรงดันไฟฟ้าทนของไดโอดไฟฟ้าแรงสูง:

แรงดันไฟกระโดดในระบบส่งไฟฟ้ากระแสตรง

ในระบบรวบรวมของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และฟาร์มกังหันลม เทคโนโลยีการรวบรวม DC กำลังกลายเป็นกระแสหลัก ยกตัวอย่างฐานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ Talatan ในมณฑลชิงไห่เป็นตัวอย่าง สายส่งไฟฟ้ากระแสตรงแรงสูงพิเศษพิเศษ{{2}kV ± 800kV ที่ใช้ต้องใช้ไดโอดในการต้านทานแรงดันพีคย้อนกลับที่เกิน 10kV ไดโอดซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) โครงสร้างแนวตั้งที่พัฒนาโดย Taiji Semiconductor มีระดับแรงดันไฟฟ้าที่ทนทานได้ถึง 12kV ผ่านการกัดร่องลึกและเทคโนโลยีการเติบโตแบบอีปิแอกเซียล และเวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับลดลงเหลือ 50 นาโนวินาที ซึ่งสูงกว่าอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิคอนแบบดั้งเดิม-ถึง 80%

การปรับตัวด้านสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงของพลังงานลมนอกชายฝั่ง

แท่นผลิตพลังงานลมนอกชายฝั่งแบบลอยตัวได้กำหนดมาตรฐานที่เข้มงวดสำหรับการต้านทานการกัดกร่อนของสเปรย์เกลือและไดโอด ไดโอดแรงดันไฟฟ้าสูงที่ห่อหุ้มด้วยโลหะ-ที่พัฒนาโดย Weihai Huajie Electronics นำเทคโนโลยีการดับไฟด้วยไฮโดรเจนอาร์คและพื้นผิวเซรามิกมาใช้ และยังคงสามารถทำงานได้อย่างเสถียรในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้น 95% และความเข้มข้นของสเปรย์เกลือ 5% อายุการใช้งานเกิน 200,000 ชั่วโมง และได้กลายเป็นส่วนประกอบที่กำหนดให้กับอินเวอร์เตอร์กังหันลมนอกชายฝั่งขนาด 15MW ของ Dongfang Electric

การจัดการประจุและการคายประจุของระบบกักเก็บพลังงาน

ในระบบกักเก็บพลังงานของ Ningde Times ไดโอดปรับสมดุลจะต้องทนต่อแรงกระแทกของไฟฟ้าแรงสูงชั่วคราวระหว่างการชาร์จและการคายประจุของก้อนแบตเตอรี่ ไดโอดควบคุมแรงดันไฟฟ้า 5.1V ที่ใช้ลดการชาร์จแบบย้อนกลับ (Qrr) เหลือหนึ่ง-หนึ่งในสามของอุปกรณ์แบบเดิมผ่านเทคโนโลยีเติมทอง ช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ 20% และเพิ่มประสิทธิภาพสมดุลเป็น 99.5%

2 การขยายสถานการณ์การใช้งานเชิงลึก: จากฟังก์ชันเดี่ยวไปจนถึงการรวมระบบ

ลักษณะการผันผวนของพลังงานหมุนเวียนทำให้เกิดวิวัฒนาการของไดโอดแรงดันไฟฟ้าสูง-จากฟังก์ชันการแก้ไขแบบดั้งเดิมไปจนถึงโซลูชันระดับระบบ:

การปฏิวัติประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์

ในอินเวอร์เตอร์ซีรีส์ Huawei SUN2000-50KTL-H1 นั้น MUR1680CT ไดโอดกู้คืนเร็วพิเศษ (trr=80ns) ใช้ในการต่อต้านขนานกับ IGBT ซึ่งช่วยลดการสูญเสียการสลับลง 40% ภายใต้สภาวะโหลดที่เบา คุณลักษณะการกู้คืนแบบนุ่มนวลจะช่วยลดแรงดันไฟกระชากได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยเพิ่มประสิทธิภาพของยูโรเป็น 98.7% ซึ่งสูงกว่าโซลูชันแบบเดิม 1.2 เปอร์เซ็นต์

การอัพเกรดความน่าเชื่อถือของตัวแปลงพลังงานลม

ไดโอด SiC Schottky ที่ใช้ในกังหันลมขนาด 2.5MW ของ Goldwind Technology รักษาคุณลักษณะที่เสถียรในช่วงอุณหภูมิ -40 องศาถึง 150 องศา และแรงดันไฟฟ้าการนำไฟฟ้าตก (VF) แสดงค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น หลีกเลี่ยงความเสี่ยงที่จะเกิดความล้มเหลวเนื่องจากความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่นระหว่างการใช้งานแบบขนาน อุปกรณ์นี้ได้เปิดใช้งาน MTBF (เวลาเฉลี่ยระหว่างความล้มเหลว) ของอินเวอร์เตอร์เกิน 200,000 ชั่วโมง และลดอัตราความล้มเหลวต่อปีลงเหลือต่ำกว่า 0.3%

การสนับสนุนหลักสำหรับห่วงโซ่อุตสาหกรรมพลังงานไฮโดรเจน

ในระบบการผลิตไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้า ไดโอดแรงดันไฟฟ้าสูง-ต้องทนต่อความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากการหยุดทำงานบ่อยครั้งของเซลล์อิเล็กโทรลิซิส TVS (ไดโอดระงับแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว) ที่พัฒนาโดย Silan Microelectronics มีความแม่นยำของแรงดันไฟฟ้าในการหนีบที่ ± 1% และเวลาตอบสนองน้อยกว่า 1 พิโควินาที ช่วยปกป้องส่วนประกอบอิเล็กโทรดเมมเบรนของเซลล์อิเล็กโทรไลซิส PEM ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และรักษาประสิทธิภาพของระบบการผลิตไฮโดรเจนที่มากกว่า 78%

3 การเปลี่ยนกระบวนทัศน์ของนวัตกรรมด้านวัสดุ: จากซิลิคอน-ไปเป็นแถบความถี่กว้าง

การแสวงหาประสิทธิภาพการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดในระบบพลังงานหมุนเวียนช่วยผลักดันให้เกิดการทำซ้ำอย่างรวดเร็วของระบบวัสดุไดโอดแรงดันไฟฟ้าสูง-

การใช้งานซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ขนาดใหญ่

Infineon CoolSiC ™ ไดโอดซีรีส์ 1200V มีเวลาในการฟื้นตัวแบบย้อนกลับเพียง 35 นาโนวินาทีที่อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อ 25 องศา และมีคุณสมบัติสัมประสิทธิ์อุณหภูมิเป็นบวก ทำให้ง่ายต่อการขยายแบบขนาน ในสถานีซูเปอร์ชาร์จเจอร์ของ Tesla V3 อุปกรณ์นี้จะเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของโมดูลการชาร์จขนาด 350kW เป็น 5kW/in ³ โดยมีประสิทธิภาพการชาร์จ 99.2% ซึ่งสูงกว่าโซลูชันที่ใช้ซิลิคอน- 1.5 เปอร์เซ็นต์

การพัฒนา RF ของแกลเลียมไนไตรด์ (GaN)

ในระบบจ่ายไฟพลังงานแสงอาทิตย์ของสถานีฐาน 5G นั้น ทรานซิสเตอร์การเคลื่อนที่แบบอิเล็กตรอนสูง (HEMT) GaN ของ Wolfspeed ผสานรวมไดโอดเพื่อให้เกิดการแก้ไขสัญญาณในย่านความถี่ 24GHz-52GHz ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานลง 30% เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ซิลิคอน เทคโนโลยีนี้เพิ่มการผลิตไฟฟ้ารายวันของระบบจ่ายพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับสถานีฐานได้ถึง 18% และลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากกว่า 2 ตันต่อปี

การสำรวจชายแดนของแกลเลียมออกไซด์ (Ga ₂ O ∝)

ไดโอดที่ใช้ Ga ₂ O3 พัฒนาโดยสถาบันวิจัยเทคโนโลยีของเหลวฟลูออริเนตของญี่ปุ่น มีความแรงของสนามพังทลายที่ 8MV/ซม. ซึ่งมากกว่าซิลิคอน 10 เท่า แม้ว่าจะยังอยู่ในขั้นตอนห้องปฏิบัติการ แต่ระดับแรงดันไฟฟ้าทนตามทฤษฎีสามารถเกิน 10kV ได้ ซึ่งคาดว่าจะเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ก่อกวนสำหรับการส่งกระแสตรงแรงดันสูงพิเศษ-ในอนาคต

4 การปรับโครงสร้างและความท้าทายของรูปแบบตลาด

การเติบโตอย่างรวดเร็วของพลังงานหมุนเวียนกำลังเปลี่ยนโฉมระบบนิเวศของตลาดของไดโอดไฟฟ้าแรงสูง-:

การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในด้านอุปสงค์

ตามการคาดการณ์ของ Yole D é evelopment ตลาดไดโอดแรงดันไฟฟ้าสูง-ทั่วโลกคาดว่าจะมีมูลค่าถึง 4.5 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2027 โดยพลังงานหมุนเวียนมีสัดส่วนมากกว่า 40% ในฐานะตลาดเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก ความต้องการไดโอดแรงดันสูง-ของจีนคาดว่าจะเกิน 8 พันล้านภายในปี 2568 ผลักดันให้องค์กรในท้องถิ่น เช่น Silan Microelectronics และ Huatian Technology ครองส่วนแบ่งตลาดมากกว่า 60%

การแข่งขันเทคโนโลยีด้านอุปทาน

บริษัทยักษ์ใหญ่ระดับนานาชาติ เช่น Texas Instruments และ Infineon กำลังเร่งการจัดวางสายการผลิต SiC ในขณะที่ผู้ผลิตในจีนกำลังแซงหน้าโค้งผ่านโมเดลบูรณาการในแนวตั้ง ตัวอย่างเช่น Sanan Optoelectronics ได้สร้างโรงงานผลิตเวเฟอร์ SiC ขนาด 6- นิ้วโดยมีการผลิต 50,000 ชิ้นต่อเดือน และอัตราผลผลิตไดโอดไฟฟ้าแรงสูงอยู่ที่ 95% โดยมีต้นทุนต่ำกว่าคู่แข่งในต่างประเทศ 20%

ความเสี่ยงความล่าช้าของระบบมาตรฐาน

มาตรฐาน IEC 60747 ในปัจจุบันยังคงใช้อุปกรณ์ที่ใช้ซิลิคอน-เป็นเกณฑ์มาตรฐาน และมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในพารามิเตอร์ เช่น ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน และความเครียดบรรจุภัณฑ์ของวัสดุแถบความถี่กว้าง อุตสาหกรรมจำเป็นต้องสร้างมาตรฐานการทดสอบไดโอดแรงดันไฟฟ้าสูง-อย่างเร่งด่วนสำหรับวัสดุใหม่ เช่น SiC และ GaN เพื่อหลีกเลี่ยงอันตรายด้านคุณภาพที่เกิดจากการขาดมาตรฐาน