Aplicación del carburo de silicio en la industria fotovoltaica
Con la creciente demanda mundial de energía, las energías fósiles, principalmente el petróleo, el carbón y el gas natural, acabarán agotándose. Además, la energía fósil también provocará una grave contaminación ambiental durante su uso. Para resolver los problemas anteriores, las energías renovables, como la energía solar, la energía eólica, la energía hidroeléctrica y la energía nuclear, han atraído la atención de la gente.
La principal forma de utilizar la energía solar es la generación de energía fotovoltaica. En comparación con otras tecnologías de generación de energía, la generación de energía fotovoltaica tiene las ventajas de ser ecológica y respetuosa con el medio ambiente, disponer de suficientes recursos de energía solar, ser segura y fiable en el proceso de generación de energía y ser fácil de instalar y transportar. Es previsible que la promoción a gran escala de la generación de energía fotovoltaica tenga un impacto positivo en la gobernanza de las crisis energética y medioambiental.
Según el principio de la generación de energía fotovoltaica, cuando la luz del sol brilla sobre los componentes fotovoltaicos (como los paneles solares), los fotones interactúan con los electrones de los materiales fotovoltaicos, lo que hace que los electrones escapen de los materiales y formen fotocorriente, que es corriente continua. Dado que la mayoría de los equipos eléctricos funcionan con corriente alterna, la corriente continua generada por el sistema fotovoltaico no se puede utilizar directamente, y es necesario convertir la corriente continua en corriente alterna para lograr la generación de energía fotovoltaica conectada a la red.
El dispositivo clave para lograr el propósito anterior es el inversor, por lo que el inversor fotovoltaico conectado a la red es el núcleo de la tecnología de generación de energía fotovoltaica, y la eficiencia de trabajo del inversor determina en gran medida la eficiencia de utilización de la energía solar.
Los dispositivos de potencia son los componentes principales de los inversores fotovoltaicos conectados a la red. Hoy en día, varios dispositivos semiconductores utilizados en la industria eléctrica se basan principalmente en materiales de silicio (Si) y se han desarrollado bastante bien. El Si es un material semiconductor que se usa ampliamente en varios tubos electrónicos y circuitos integrados. A medida que el uso de dispositivos semiconductores de potencia se vuelve cada vez más diverso, el uso de dispositivos de silicio está restringido en algunas aplicaciones con requisitos de alto rendimiento y entornos de trabajo hostiles. Esto requiere que las personas desarrollen dispositivos semiconductores con un mejor rendimiento. Como resultado, surgieron los dispositivos semiconductores de banda ancha como el carburo de silicio (SiC).
En comparación con los dispositivos basados en silicio, los dispositivos de carburo de silicio presentan una serie de propiedades excelentes notables:
(1) Alta intensidad de campo eléctrico de ruptura: la intensidad de campo eléctrico de ruptura del SiC es aproximadamente 10 veces mayor que la del Si, lo que hace que los dispositivos de SiC tengan un voltaje de bloqueo más alto y puedan funcionar en condiciones de campo eléctrico más altas, lo que ayuda a mejorar la densidad de potencia.
(2) Banda prohibida amplia: el SiC tiene una concentración de portadores intrínsecos más baja a temperatura ambiente, lo que conducirá a una menor resistencia de encendido en el estado encendido.
(3) Alta velocidad de deriva de saturación: el SiC tiene una mayor velocidad de deriva de saturación de electrones, lo que lo ayuda a alcanzar un estado estable más rápido durante el proceso de conmutación y reduce la pérdida de energía durante el proceso de conmutación.
(4) Alta conductividad térmica: el SiC tiene una conductividad térmica más alta, lo que mejorará significativamente la densidad de potencia, simplificará aún más el diseño del sistema de disipación de calor y extenderá efectivamente la vida útil del dispositivo.
En resumen, los dispositivos de potencia de carburo de silicio proporcionan la recuperación inversa baja y las características de conmutación rápida requeridas para lograr una «alta eficiencia de conversión» y un «bajo consumo de energía» de los inversores fotovoltaicos, lo que es crucial para mejorar la densidad de potencia de los inversores fotovoltaicos y reducir aún más el costo por kilovatio-hora.