Application du carbure de silicium dans l’industrie photovoltaïque
Avec l’augmentation de la demande mondiale en énergie, les énergies fossiles, principalement le pétrole, le charbon et le gaz naturel, finiront par s’épuiser. De plus, l’énergie fossile entraînera également une grave pollution environnementale lors de son utilisation. Afin de résoudre les problèmes susmentionnés, les énergies renouvelables telles que l’énergie solaire, l’énergie éolienne, l’énergie hydraulique et l’énergie nucléaire ont attiré l’attention des gens.
La principale façon d’utiliser l’énergie solaire est la production d’énergie photovoltaïque. Par rapport aux autres technologies de production d’énergie, la production d’énergie photovoltaïque présente les avantages d’être verte et respectueuse de l’environnement, de disposer de ressources d’énergie solaire suffisantes, d’être sûre et fiable dans le processus de production d’énergie et d’être facile à installer et à transporter. Il est prévisible que la promotion à grande échelle de la production d’énergie photovoltaïque aura un impact positif sur la gouvernance des crises énergétiques et environnementales.
Selon le principe de la production d’énergie photovoltaïque, lorsque la lumière du soleil brille sur des composants photovoltaïques (tels que des panneaux solaires), les photons interagissent avec les électrons des matériaux photovoltaïques, ce qui provoque la fuite des électrons des matériaux et la formation de photocourant, qui est un courant continu. La plupart des équipements électriques étant alimentés par le courant alternatif, le courant continu généré par le réseau photovoltaïque ne peut pas être utilisé directement et il est nécessaire de convertir le courant continu en courant alternatif pour obtenir une production d’électricité photovoltaïque connectée au réseau.
Le dispositif clé pour atteindre l’objectif ci-dessus est l’onduleur, donc l’onduleur photovoltaïque connecté au réseau est le cœur de la technologie de production d’électricité photovoltaïque, et l’efficacité de travail de l’onduleur détermine en grande partie l’efficacité d’utilisation de l’énergie solaire.
Les dispositifs d’alimentation sont les composants principaux des onduleurs photovoltaïques connectés au réseau. De nos jours, divers dispositifs semi-conducteurs utilisés dans l’industrie électrique sont principalement basés sur des matériaux en silicium (Si) et se sont développés de manière assez mature. Le Si est un matériau semi-conducteur largement utilisé dans divers tubes électroniques et circuits intégrés. Comme l’utilisation des dispositifs semi-conducteurs de puissance devient de plus en plus diversifiée, l’utilisation des dispositifs en silicium est limitée dans certaines applications avec des exigences de performances élevées et des environnements de travail difficiles. Cela oblige les gens à développer des dispositifs semi-conducteurs avec de meilleures performances. En conséquence, des dispositifs semi-conducteurs à large bande interdite tels que le carbure de silicium (SiC) ont vu le jour.
Comparés aux dispositifs à base de silicium, les dispositifs en carbure de silicium présentent une série d’excellentes propriétés remarquables :
(1) Intensité du champ électrique de claquage élevée : l’intensité du champ électrique de claquage du SiC est environ 10 fois supérieure à celle du Si, ce qui permet aux dispositifs SiC d’avoir une tension de blocage plus élevée et de fonctionner dans des conditions de champ électrique plus élevées, ce qui contribue à améliorer la densité de puissance.
(2) Large bande interdite : le SiC a une concentration de porteurs intrinsèque plus faible à température ambiante, ce qui entraînera une résistance à l’état passant plus faible dans l’état passant.
(3) Vitesse de dérive de saturation élevée : le SiC a une vitesse de dérive de saturation électronique plus élevée, ce qui l’aide à atteindre un état stable plus rapidement pendant le processus de commutation et réduit les pertes d’énergie pendant le processus de commutation.
(4) Conductivité thermique élevée : le SiC a une conductivité thermique plus élevée, ce qui améliorera considérablement la densité de puissance, simplifiera davantage la conception du système de dissipation thermique et prolongera efficacement la durée de vie de l’appareil.
En bref, les dispositifs de puissance en carbure de silicium offrent les caractéristiques de récupération inverse faible et de commutation rapide requises pour obtenir une « efficacité de conversion élevée » et une « faible consommation d’énergie » des onduleurs photovoltaïques, ce qui est essentiel pour améliorer la densité de puissance des onduleurs photovoltaïques et réduire davantage le coût par kilowattheure.