Hvaða nýjar kröfur gerir hækkun endurnýjanlegrar orku til háspennudíóða?

 

1, Bylting tæknilegra breytur: frá kílóvoltum til tugþúsunda volta

Hefðbundnar háspennu díóður eru aðallega notaðar í iðnaðar tíðnibreytum, járnbrautum og öðrum sviðum, þar sem rekstrarspenna er að mestu einbeitt á 600V-1700V sviðinu. Hins vegar, með stækkun endurnýjanlegrar orkunets samþættingar, hefur raforkukerfið sett fram nýjar kröfur um þola spennustig háspennudíóða:

Spennustökk í DC flutningskerfi

Í söfnunarkerfum ljósorkuvera og vindorkuvera er DC söfnunartækni að verða almenn. Með því að taka Talatan ljósvökvastöðina í Qinghai héraði sem dæmi, krefst ± 800kV ofur-háspennu jafnstraumsflutningslínan sem notuð er að díóðan standist öfuga toppspennu sem fer yfir 10kV. Lóðrétt uppbygging kísilkarbíð (SiC) díóða, þróuð af Taiji Semiconductor, hefur náð 12kV spennustigi í gegnum djúpskurðarætingu og epitaxial vaxtartækni, og öfugur endurheimtartími hefur verið styttur í 50 nanósekúndur, sem er 80% hærra en hefðbundin tæki sem eru byggð á sílikon-.

Mikil umhverfisaðlögun vindorku á hafi úti

Fljótandi vindorkuvettvangurinn setur stranga staðla fyrir saltúða og tæringarþol díóða. Háspennudíóða úr málmi, þróuð af Weihai Huajie Electronics, notar vetnisbogaslökkvitækni og keramik undirlagstækni og getur samt starfað stöðugt í umhverfi með 95% raka og 5% saltúðastyrk. Líftími þess hefur farið yfir 200.000 klukkustundir og hann er orðinn tilnefndur íhlutur Dongfang Electric 15MW vindmyllubreytisins á hafi úti.

Hleðslu- og losunarstjórnun orkugeymslukerfis

Í orkugeymslukerfi Ningde Times þarf jafnvægisdíóða að standast skammvinn háspennuáhrif meðan á hleðslu og afhleðslu rafhlöðupakkans stendur. 5,1V spennustillandi díóða sem notuð er dregur úr öfugri endurheimtarhleðslu (Qrr) í einn -þriðjung af hefðbundnum tækjum með gulldópunartækni, lengir endingu rafhlöðunnar um 20% og eykur jafnvægisskilvirkni í 99,5%.

2, djúp útvíkkun umsóknarsviðsmynda: Frá einni aðgerð til kerfissamþættingar

Sveiflueiginleikar endurnýjanlegrar orku knýja áfram þróun há-díóða frá hefðbundnum leiðréttingaraðgerðum til lausna á kerfisstigi:

Skilvirknibyltingin í ljósvakara

Í Huawei SUN2000-50KTL-H1 röð inverterinu er MUR1680CT ofurhraðbata díóðan (trr=80ns) notuð samhliða IGBT, sem dregur úr skiptatapi um 40%. Við léttar álagsaðstæður bæla mjúkir endurheimtaeiginleikar í raun niður spennustoppa og eykur Euro skilvirkni í 98,7%, sem er 1,2 prósentustigum hærra en hefðbundnar lausnir.

Áreiðanleikauppfærsla á vindorkubreytir

SiC Schottky díóðan sem notuð er í 2,5MW vindmyllu Goldwind Technology heldur stöðugum eiginleikum á hitastigi á bilinu -40 gráður til 150 gráður, og leiðnispennufallið (VF) sýnir neikvæðan hitastuðul með hækkandi hitastigi, og forðast hættu á bilun sem stafar af staðbundinni ofhitnun við samhliða notkun. Þetta tæki hefur gert MTBF (meðaltími milli bilana) kleift að fara yfir 200.000 klukkustundir og minnkað árlega bilanatíðni niður fyrir 0,3%.

Lykilstuðningur fyrir vetnisorkuiðnaðarkeðjuna

Í rafgreiningarvetnisframleiðslukerfinu þurfa há-díóður að standast spennusveiflur af völdum tíðar stöðvunar rafgreiningarklefans. TVS (Transient Voltage Suppressing Diode) þróað af Silan Microelectronics hefur klemmuspennu nákvæmni upp á ± 1% og viðbragðstíma sem er innan við 1 píkósekúndu, sem verndar í raun himnu rafskautshluta PEM rafgreiningarfrumna og heldur skilvirkni vetnisframleiðslukerfisins í yfir 78%.

3, hugmyndabreyting efnisnýsköpunar: frá kísil-undirstaða yfir í breitt bandbil

Hin fullkomna leit að orkunýtni í endurnýjanlegum orkukerfum knýr hraðari endurtekningu há-díóða efniskerfa

Stórfelld notkun á kísilkarbíði (SiC)

Infineon CoolSiC ™ Röð 1200V díóða hefur öfugan batatíma sem er aðeins 35 nanósekúndur við mótshitastig upp á 25 gráður og hefur jákvæðan hitastuðul sem gerir það auðvelt að stækka samhliða. Í Tesla V3 ofurhleðslustöðinni eykur þetta tæki aflþéttleika 350kW hleðslueiningarinnar í 5kW/in³, með hleðslunýtni upp á 99,2%, sem er 1,5 prósentustigum hærra en kísillausnin-.

RF bylting gallíumnítríðs (GaN)

Í ljósaflgjafakerfi 5G grunnstöðva samþættir GaN hára rafeindahreyfanleika smári (HEMT) Wolfspeed díóða til að ná merkjaleiðréttingu á 24GHz-52GHz tíðnisviðinu, sem dregur úr orkunotkun um 30% miðað við sílikon tæki. Þessi tækni eykur daglega orkuframleiðslu sólarorkuveitukerfisins fyrir grunnstöðvar um 18% og dregur úr losun koltvísýrings um rúm 2 tonn árlega.

Landamærarannsókn á gallíumoxíði (Ga ₂ O ∝)

Ga ₂ O3 byggða díóðan, þróuð af Japan Fluorinated Fluid Technology Research Institute, hefur sundurliðunarsviðsstyrk upp á 8MV/cm, sem er meira en 10 sinnum meiri en sílikon. Þó að það sé enn á rannsóknarstofustigi getur fræðilegt þolspennustig þess farið yfir 10kV, sem er gert ráð fyrir að muni veita truflandi lausn fyrir framtíðar ofur-háspennujafnstraumssendingu.

4, Endurskipulagning og áskoranir markaðsmynsturs

Sprengilegur vöxtur endurnýjanlegrar orku er að endurmóta markaðsvistfræði há-díóða:

Skipulagsbreytingar á eftirspurnarhliðinni

Samkvæmt spá Yole D é evelopment er gert ráð fyrir að alþjóðlegur háspennudíóðamarkaður verði kominn í 4,5 milljarða dollara árið 2027, með endurnýjanlegri orku sem nemur yfir 40%. Sem stærsti ljósavirkjamarkaður heims er gert ráð fyrir að eftirspurn Kína eftir háspennudíóðum fari yfir 8 milljarða árið 2025, sem knýr staðbundin fyrirtæki eins og Silan Microelectronics og Huatian Technology til að taka meira en 60% af markaðshlutdeild.

Tæknisamkeppni framboðshliðar

Alþjóðlegir risar eins og Texas Instruments og Infineon eru að flýta fyrir skipulagi SiC framleiðslulína, en kínverskir framleiðendur eru að ná framúrakstri með lóðréttum samþættingarlíkönum. Til dæmis, Sanan Optoelectronics hefur smíðað 6-tommu SiC oblátur með mánaðarlega framleiðslu upp á 50.000 stykki, og háspennu díóða afköst hennar eru 95%, með 20% lægri kostnaði en alþjóðlegir jafnaldrar.

Töf áhætta staðlaðs kerfis

Núverandi IEC 60747 staðall notar enn tæki sem byggjast á kísil- sem viðmið og það er verulegur munur á breytum eins og varmaþenslustuðli og umbúðaálagi efna með breiðu bandbili. Iðnaðurinn þarf brýn að koma á háspennu díóðaprófunarstöðlum fyrir ný efni eins og SiC og GaN til að forðast gæðahættu af völdum stöðla sem vantar.