Aplicação do carboneto de silício na indústria fotovoltaica
Com a crescente procura global de energia, a energia fóssil, principalmente o petróleo, o carvão e o gás natural, acabará por se esgotar. Além disso, a energia fóssil também causará uma grave poluição ambiental durante a utilização. Para resolver os problemas acima referidos, as energias renováveis, como a energia solar, a energia eólica, a energia hidroelétrica e a energia nuclear, têm atraído a atenção das pessoas.
A principal forma de utilização da energia solar é a geração de energia fotovoltaica. Em comparação com outras tecnologias de geração de energia, a geração de energia fotovoltaica tem as vantagens de ser verde e amiga do ambiente, ter recursos de energia solar suficientes, ser segura e fiável no processo de geração de energia e ser fácil de instalar e transportar equipamentos de geração de energia. É previsível que a promoção em grande escala da geração de energia fotovoltaica tenha um impacto positivo na governação das crises energéticas e ambientais.
De acordo com o princípio da geração de energia fotovoltaica, quando a luz solar incide sobre componentes fotovoltaicos (como os painéis solares), os fotões interagem com os eletrões dos materiais fotovoltaicos, fazendo com que os eletrões escapem dos materiais e formem fotocorrente, que é corrente contínua. Como a maioria dos equipamentos elétricos é alimentada por CA, a corrente contínua gerada pelo conjunto fotovoltaico não pode ser utilizada diretamente e é necessário converter a corrente contínua em corrente alternada para obter a geração de energia fotovoltaica ligada à rede.
O dispositivo chave para atingir o objetivo acima é o inversor, pelo que o inversor fotovoltaico ligado à rede é o núcleo da tecnologia de geração de energia fotovoltaica, e a eficiência de funcionamento do inversor determina em grande parte a eficiência de utilização da energia solar.
Os dispositivos de energia são os principais componentes dos inversores fotovoltaicos ligados à rede. Hoje em dia, vários dispositivos semicondutores utilizados na indústria elétrica baseiam-se principalmente em materiais de silício (Si) e desenvolveram-se de forma bastante madura. O Si é um material semicondutor amplamente utilizado em vários tubos eletrónicos e circuitos integrados. À medida que a utilização de dispositivos semicondutores de potência se torna cada vez mais diversificada, a utilização de dispositivos de silício é restrita em algumas aplicações com requisitos de alto desempenho e ambientes de trabalho adversos. Isto exige que as pessoas desenvolvam dispositivos semicondutores com melhor desempenho. Como resultado, surgiram dispositivos semicondutores de banda larga, como o carboneto de silício (SiC).
Comparados com os dispositivos à base de silício, os dispositivos de carboneto de silício exibem uma série de excelentes propriedades notáveis:
(1) Alta intensidade do campo elétrico de rutura: A intensidade do campo elétrico de rutura do SiC é cerca de 10 vezes maior que a do Si, o que faz com que os dispositivos de SiC tenham uma maior tensão de bloqueio e possam funcionar em condições de campo elétrico mais elevadas, o que ajuda a melhorar a densidade de potência.
(2) Amplo bandgap: o SiC tem uma concentração intrínseca de portadores mais baixa à temperatura ambiente, o que levará a uma menor resistência no estado ligado.
(3) Alta velocidade de deriva de saturação: o SiC tem uma velocidade de deriva de saturação de eletrões mais elevada, o que o ajuda a atingir um estado estacionário mais rapidamente durante o processo de comutação e reduz a perda de energia durante o processo de comutação.
(4) Alta condutividade térmica: o SiC tem uma condutividade térmica mais elevada, o que melhorará significativamente a densidade de potência, simplificará ainda mais o design do sistema de dissipação de calor e prolongará eficazmente a vida útil do dispositivo.
Em suma, os dispositivos de potência de carboneto de silício proporcionam a baixa recuperação inversa necessária e as características de comutação rápida para alcançar a “alta eficiência de conversão” e o “baixo consumo de energia” dos inversores fotovoltaicos, o que é crucial para melhorar a densidade de potência dos inversores fotovoltaicos e reduzir ainda mais o custo por quilowatt-hora.