IEA報告還強調了分布式光伏發電係統的重要性
，因為消費者，商業建築和工業設施開始生產自己的電力。它預測
，到2024年
，分布式光伏發電總容量將翻一番以上，超過500GW。這意味著分布式光伏發電將占太陽能光伏總增長的近一半。

 

圖2. 2007 – 2024年分布式光伏產能增長情況

 

光伏的優勢

 

為wei什shen麼me太tai陽yang能neng光guang伏fu發fa電dian在zai可ke再zai生sheng能neng源yuan容rong量liang的de增zeng長chang如ru此ci重zhong要yao？一yi個ge明ming顯xian的de原yuan因yin是shi太tai陽yang能neng非fei常chang容rong易yi直zhi接jie利li用yong，尤you其qi是shi偏pian遠yuan地di區qu或huo離li網wang區qu域yu。另ling一yi個ge明ming顯xian的de原yuan因yin是shi太tai陽yang能neng很hen多duo

，根gen據ju計ji算suan
，海hai平ping麵mian上shang，每mei平ping方fang米mi每mei天tian可ke產chan生sheng1kW電力，如果考慮諸如日/夜周期，入射角，季節性等因素，每天每平方米或可以產生6kWh電量。

 

太陽能發電利用光電效應將入射光轉化為電能。光子被半導體材料（例如摻雜的矽）xishou，tamendenengliangjiangdianzijifachuqifenzihuoyuanziguidao。ranhou，zhexiedianzikejiangqiduoyudenengliangzuoweireliangsanshibingfanhuiqiguidao，huozhechuanbodaodianjibingxingchengdianliu。

 

與yu所suo有you能neng量liang轉zhuan換huan過guo程cheng一yi樣yang，並bing非fei所suo有you輸shu入ru太tai陽yang能neng電dian池chi的de能neng量liang都dou以yi首shou選xuan的de電dian形xing式shi輸shu出chu。實shi際ji上shang

，多duo年nian來lai，單dan晶jing矽gui太tai陽yang能neng電dian池chi的de效xiao率lv一yi直zhi徘pai徊huai在zai20％至25％之(zhi)間(jian)。但(dan)是(shi)，太(tai)陽(yang)能(neng)光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)的(de)機(ji)會(hui)是(shi)如(ru)此(ci)巨(ju)大(da)，以(yi)至(zhi)於(yu)數(shu)十(shi)年(nian)來(lai)，研(yan)究(jiu)團(tuan)隊(dui)一(yi)直(zhi)在(zai)努(nu)力(li)使(shi)用(yong)日(ri)益(yi)複(fu)雜(za)的(de)結(jie)構(gou)和(he)材(cai)料(liao)來(lai)提(ti)高(gao)電(dian)池(chi)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)
，如(ru)NREL的這張圖所示。

 

圖3. 1976年至2020年全球研究太陽能電池的轉換效率的進展（NREL）（此圖由美國科羅拉多州國家可再生能源實驗室提供）

 

通常

，以使用多種不同材料和更複雜，更昂貴的製造技術為代價來實現所示的更高效率。

 

許多太陽能光伏設備依靠各種形式的多晶矽或矽、碲化鎘或硒化銅銦镓的薄膜，轉換效率在20％至30％的範圍內。單元內置在模塊中



，這些模塊是太陽能光伏發電係統的基本單元。

 

效率挑戰

 

20%-30%是理想狀態，實際上轉換效率可能會因各種原因而降低轉換效率：降雨
，積雪和灰塵沉積，材料老化以及環境變化，例如由於植被的生長或新建築物的安裝而增加陰影。

 

因yin此ci，實shi際ji的de現xian實shi是shi
，盡jin管guan太tai陽yang能neng是shi免mian費fei的de，但dan利li用yong太tai陽yang能neng產chan生sheng的de電dian能neng需xu要yao仔zai細xi優you化hua，包bao括kuo轉zhuan換huan，存cun儲chu等deng每mei個ge階jie段duan。提ti高gao效xiao率lv的de最zui大da技ji術shu之zhi一yi是shi逆ni變bian器qi的de設she計ji，該gai逆ni變bian器qi將jiang太tai陽yang能neng電dian池chi陣zhen列lie（或其電池存儲）的直流輸出轉換為交流電流，以便直接消耗或通過電網傳輸。

 

逆變器通過切換直流輸入電流的極性來工作，使其接近交流輸出。開關頻pin率lv越yue高gao，轉zhuan換huan效xiao率lv越yue高gao。簡jian單dan的de開kai關guan即ji可ke產chan生sheng方fang波bo輸shu出chu，可ke以yi驅qu動dong負fu載zai
，但dan是shi諧xie波bo會hui損sun失shi更geng多duo的de電dian流liu。因yin此ci，逆ni變bian器qi需xu要yao平ping衡heng開kai關guan頻pin率lv以yi提ti高gao效xiao率lv、工作電壓和功率容量，此外還需要針對最小化方波的輔助組件成本之間的進行平衡。

 

SiC的優勢

 

碳化矽（SiC）在太陽能發電應用中比矽具有多種優勢，其擊穿電壓是傳統矽的十倍以上
， SiC器件還具有比矽更低的導通電阻
，柵極電荷和反向恢複電荷特性，以及更高的熱導率。這些特性意味著SiC器件可以在比矽等效器件更高的電壓，頻率和電流下切換，同時更有效地管理散熱。

 

MOSFET在開關應用中受到青睞，因為它們是單極器件，這意味著它們不使用少數載流子。既使用多數載流子又使用少數載流子的矽雙極型器件（IGBT）可以在比矽MOSFET高的電壓下工作，但是由於它們在切換時需要等待電子和空穴重新結合以及耗散重組能量，因此其開關速度變慢。

 

矽MOSFET廣泛用於高達300V的開關應用中

，高於該電壓時，器件的導通電阻上升
，設計者不得不轉向較慢的雙極器件。 SiC的高擊穿電壓意味著它可以用來製造比矽中可能的電壓高得多的MOSFET，同時保留了低壓矽器件的快速開關速度優勢。開關性能也相對獨立於溫度
，從而在係統升溫時實現穩定的性能。

 

由於功率轉換效率與開關頻率直接相關
，因此，SiC既可以處理比矽更高的電壓
，又可以確保高轉換效率所需的超高轉換頻率，因此實現了雙贏。

 

SiC的導熱係數也是矽的三倍，可以在更高的溫度下運行。矽在175℃左右就無法正常運行
，甚至在200攝氏度時直接會變成導體。而SiC直到1000℃左右才發生這種情況。可以通過兩種方式利用SiC的熱特性。首先
，它可以用於製造功率轉換器，而該轉換器所需的冷卻係統要少於等效的矽係統。另外，SiC在較高溫度下的穩定運行可用於空間非常寶貴的情況下製造密集的電源轉換係統
，例如車輛和蜂窩基站。

 

這些優勢在太陽能轉換效率更高的功率升壓電路中發揮了重要作用。該電路設計為使太陽能電池陣列的輸出阻抗（隨入射光的水平而變化）與逆變器所需的輸入阻抗相匹配，以實現最佳的轉換。

 

圖4：引入SiC器件以提高太陽能升壓電路的效率（ON Semiconductor）

 

最左圖顯示了成本最低的方法，該方法使用矽二極管和MOSFET。如中圖所示，第一個優化方案是用SiC版本取代矽二極管
，這將提高電路的功率密度和轉換效率，從而降低係統成本。如右圖所示

，也可以用SiC等效替代矽MOSFET，這為設計人員提供了更多的開關頻率選擇
，從而進一步提高了電路的轉換效率和功率密度。

 

采用熟悉的TO220和TO247封裝的安森美半導體SiC肖特基二極管
，額定電壓和電流高達1200V和20A。它還為模塊製造商提供裸芯片
，額定電壓和電流高達1200V和50A。

 

還有許多采用熟悉的D2PAK和TO247格式的1200V SiC MOSFET

，典型RDSon低至20mW。

 

該公司還銷售混合模塊，該模塊將矽IGBT和SiC二極管結合在一起
，例如功率集成模塊（PIM）。它具有雙升壓特性，包括了兩個40A / 1200V IGBT，兩個15A / 1200V SiC二極管和兩個用於IGBT的25A / 1600V反並聯二極管。另外兩個25A / 1600V旁路整流器可限製浪湧電流，並且該模塊還帶有熱敏電阻保護。

 

對於那些想要在太陽能光伏裝置中利用SiC的人
，安森美半導體還開發了一係列兩通道或三通道的SiC升壓模塊，用於太陽能逆變器。

 

SiCgonglvqijianbiguitidaipinjuyouxuduoyoushi，baokuoqiqiehuangaoyadenengliyijigaosu
，disunhaohelianghaorexingnengdedianliu。jinguanmuqiantamenzaitongleijichushangkenengbiguichanpingenggui（如果可以使用矽替代產品），但它們在係統內的良好性能可以帶來總成本的節省，例如散熱成本，麵積成本等。然後是效率問題
，如果部署SiC可以提高2%的效率，那將產生額外的10GW電能。