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華為:SiC爆發的拐點臨近

華為:SiC爆發的拐點臨近

在九月底,華為釋出了《數字能源2030》白皮書。他們在白皮書中首先指出,在當前環境下,控制溫室氣體排放,共同拯救人類家園,控制傳統化石能源應用刻不容緩。與此同時,世界經濟可持續發展需要可持續性的能源供給,而可再生能源將在此器件承擔重任。

“電力電子技術和數字技術成為驅動能源產業變革的核心技術”,華為在白皮書中強調。

他們接著指出,電力電子在電能發輸配用的各個環節發揮關鍵價值。風電、光伏等可再生能源的用途主要是發電,構建以電能為中心,以電網為紐帶,以電力電子裝置為基礎的能源系統是能源產業變革的方向。電力電子裝置的優點在於其介面不受限、響應速度快、變換效率高,在電力的生產、傳輸、消費環節應用廣泛。

a) 在電力生產方面,

風電、光伏新能源這些不同於常規同步發電機的電源,難以直接併網輸送,只能採用電力電子變換技術換成頻率可調節的交流電,且需要滿足上網的質量要求,如光伏逆變器、風能變流器等透過電力電子開關調整電壓波形,支援風電、光伏發電併網和提高系統發電效率。

b) 在電力傳輸分配方面,

長距離輸電形式使用智慧化的大功率電力電子裝備,可以顯著提升線路輸送水平、改善潮流分佈、增強電網供電可靠性,提升電網安全防禦能力,從而提高大型電網互聯傳輸的安全可靠性,提升傳輸效率。

c)配電場景中,

隨著大量分散式電源、微電網和柔性負荷接入配電網,“即插即用”的接入要求越來越高,線路無功功率增大,電網高電壓、諧波干擾等電能質量問題日益突出,傳統配電網電能質量和供電可靠性提升空間有限,難以滿足使用者高電能質量用電需求。多功能電力電子變壓器、直流斷路器、直流開關等電力電子裝備可以保障不同負荷型別的電能質量和多種電能形式的定製需求。

d) 在電力消費方面,

最主要的變化是分散式電源和儲能裝置的接入,大量新型負荷需要直流電源以及需要主動支撐源荷互動,如資料中心、通訊基站、電動汽車充電站、計算機裝置、LED照明等,高效率,高功率密度,高可靠性,低成本的轉換電源和開關裝置等正滿足使用者日益多樣的個性化需求和高標準的電能質量治理需求。

基於上述考慮,華為指出,這將帶來新型功率半導體應用需求大幅提升。

按照華為的說法,未來的能源系統以可再生能源最大限度地開發利用、能源效率最高為目標,對能源輸送和控制的安全、高效、智慧等方面提出更高的要求,具體包括適應新能源電力的輸送和分配的網路,與分散式電源、儲能等融合互動的高效終端系統,與資訊系統結合的綜合服務體系等。這些都需要透過電力電子化裝置進行執行、補償、控制。目前這些裝置中所使用的基本都還是矽基器件,而矽基器件的引數效能已接近其材料的物理極限,無法擔負起未來大規模清潔能源生產傳輸和消納吸收的重任,節能效果也接近極限。

因此華為強調,以碳化矽為代表的第三代半導體功率晶片和器件,以其高壓、高頻、高溫、高速的優良特性,能夠大幅提升各類電力電子裝置的能量密度,降低成本造價,增強可靠性和適用性,提高電能轉換效率,降低損耗。光伏、風電等新能源發電、直流特高壓輸電、新能源汽車、軌道交通、工業電源、民用家電等領域具有極大的電能高效轉換需求,而新型功率半導體在則適應了這一需求趨勢,未來十年是第三代功率半導體的創新加速期,滲透率將全面提升。

如碳化矽的瓶頸當前主要在於襯底成本高(是矽的4-5倍,預計未來2025年前年價格會逐漸降為矽持平),受新能源汽車、工業電源等應用的推動,碳化矽價格下降,效能和可靠性進一步提高。碳化矽產業鏈爆發的拐點臨近,市場潛力將被充分挖掘。

據Yole預計,碳化矽器件應用空間將從2020年的6億美金快速增長到2030年的100億美金,呈現高速增長之勢。我們預計在2030年光伏逆變器的碳化矽滲透率將從目前的2%增長到70%以上,在充電基礎設施、電動汽車領域滲透率也超過的80%,通訊電源、伺服器電源將全面推廣應用。

華為同時指出,新材料和數字化重新定義電動汽車駕乘體驗和安全。

按照他們的說法,寬禁帶半導體全面應用和數字化控制技術全面協同,推進電動汽車極致能效比。隨著電力電子技術相關功率器件、拓撲及控制演算法的升級,電源部件將達到新的極致高效。尤其是碳化矽等器件新技術、新材料的應用,相比較傳統的矽器件,禁頻寬度提升3倍,電場強度提升15倍,電子飽和速率提升2倍,導熱係數提升3倍,電動車系統級的效率如充電、行駛工況、供電傳輸、功率變換、加熱/製冷、能量回收全鏈路架構將被持續重構升級。