根(gen)據國際(ji)能(neng)源(yuan)署（IEA）2019年10月的報告(gao)，到(dao)2024年，可再生能源發(fa)電量將增(zeng)長50％。這(zhe)意味著(zhu)全球(qiu)可(ke)再生能源發電(dian)量將(jiang)增加1200GW，相(xiang)當於美國目(mu)前(qian)的(de)裝機量。該報(bao)告預(yu)測(ce)，可再(zai)生(sheng)能源中約(yue)有60％將以太(tai)陽(yang)能光(guang)伏(fu)（PV）的形(xing)式出現(xian)。

圖1. 2019 – 2024年(nian)按技術分類(lei)的可再生能源產能增長(zhang)

圖2. 2007 – 2024年分布式光伏產(chan)能增長情(qing)況

為(wei)什麽(mo)太陽能光伏發電在可再生能源容量的增長如(ru)此(ci)重要(yao)？一個明顯的原因是(shi)太陽能非(fei)常容易直接(jie)利用(yong)，尤(you)其是偏(pian)遠地區(qu)或離網區域。另一(yi)個明(ming)顯(xian)的原(yuan)因是太陽能很多(duo)，根據計算(suan)，海平(ping)麵上，每平方米(mi)每天(tian)可產生1kW電力，如果考(kao)慮(lv)諸(zhu)如日/夜(ye)周期，入射角，季(ji)節性(xing)等因(yin)素，每(mei)天每平方(fang)米或(huo)可以產生6kWh電量。

與所有能量轉(zhuan)換過(guo)程一樣，並非所有輸入太陽能電池(chi)的能量都以(yi)首選的電形式輸(shu)出(chu)。實(shi)際上(shang)，多年來(lai)，單晶(jing)矽太陽能電池的效(xiao)率一直(zhi)徘(pai)徊(huai)在20％至25％之間(jian)。但是，太陽能光伏發電的機會是如此巨大，以至(zhi)於(yu)數十年來，研究團隊(dui)一直在努力(li)使用日(ri)益複雜的結構和(he)材料來提高電池轉換效率，如NREL的這張(zhang)圖所示。

圖3. 1976年至2020年全球研(yan)究(jiu)太陽能電池的轉換(huan)效率的進(jin)展(zhan)（NREL）（此圖由美(mei)國科羅拉(la)多州國家可再生能源實驗(yan)室提(ti)供(gong)）

許多太陽能光伏設備依靠(kao)各(ge)種(zhong)形式(shi)的多晶矽或矽、碲化鎘或硒(xi)化銅(tong)銦镓(jia)的薄膜，轉換效率(lv)在20％至30％的範(fan)圍(wei)內。單元內置(zhi)在模塊中，這些模塊是太陽能光伏發電係統(tong)的基本單元(yuan)。

20%-30%是理想狀(zhuang)態，實際上轉換效率可能會(hui)因各種原因而降(jiang)低轉換效率：降雨，積雪和灰塵(chen)沉積(ji)，材料(liao)老(lao)化以及環境變化，例如由於植被的生長或新建築(zhu)物的安(an)裝而增加(jia)陰影(ying)。

逆變(bian)器通(tong)過切(qie)換直流輸入(ru)電流的極(ji)性來工(gong)作(zuo)，使其(qi)接近交(jiao)流輸出。開關(guan)頻(pin)率越高，轉換效率越高(gao)。簡(jian)單(dan)的開關即可產生方波(bo)輸出，可以驅(qu)動(dong)負(fu)載(zai)，但(dan)是諧波會損(sun)失更(geng)多的電流(liu)。因此，逆(ni)變器需(xu)要平衡(heng)開關頻率以提高效率、工作電壓(ya)和功(gong)率容量，此外還(hai)需要針(zhen)對最小(xiao)化方波的輔助(zhu)組件成(cheng)本之間的進行平衡。

碳化矽（SiC）在太陽能發電應用中比矽具有多種優(you)勢(shi)，其擊穿(chuan)電壓是傳(chuan)統矽的十倍以上， SiC器(qi)件(jian)還具有比矽更低的導通電阻，柵(shan)極電荷和反向恢複(fu)電荷(he)特性，以及更高的熱導率。這些特性意味(wei)著SiC器件可以在比矽等效器件更高的電壓，頻率和電流下(xia)切換，同時(shi)更有效地(di)管(guan)理散(san)熱。

矽MOSFET廣泛(fan)用於高達300V的開(kai)關應用中，高於該電壓時，器件的導通電阻上升，設計者不得(de)不轉向(xiang)較慢(man)的雙(shuang)極器件。 SiC的高擊(ji)穿電壓意(yi)味著它(ta)可以用來製(zhi)造(zao)比矽中可能的電壓高得多的MOSFET，同時保(bao)留了(le)低壓矽器件的快速(su)開關速度優勢。開關性能也(ye)相對(dui)獨立於溫度(du)，從(cong)而在係統升(sheng)溫時實現穩定的性能。

SiC的導(dao)熱係(xi)數也是矽的三倍(bei)，可以在更高的溫度下運行。矽在175℃左右(you)就(jiu)無(wu)法正(zheng)常運(yun)行，甚至在200攝氏度時直接會變成導體。而SiC直到1000℃左(zuo)右才發生這種情況。可以通過兩種方式利用SiC的熱特(te)性。首先，它可以用於製造功率轉換器，而該(gai)轉換器所需的冷(leng)卻係統要少於等(deng)效的矽係統。另外，SiC在較(jiao)高溫(wen)度下的穩定(ding)運行可用於空間非常寶貴(gui)的情況下製造密(mi)集(ji)的電源轉換係統，例如車輛(liang)和蜂窩(wo)基站(zhan)。

這些優勢在太陽能轉換效率更高的功率升壓電路中發揮(hui)了重(zhong)要作用。該電路設計(ji)為使太陽能電池陣列的輸出阻抗(kang)（隨(sui)入射(she)光的水(shui)平而(er)變化）與逆變器所需的輸入阻(zu)抗相匹(pi)配(pei)，以實現最(zui)佳(jia)的轉換。

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(tu)所示，第(di)一個(ge)優化方案(an)是用SiC版(ban)本取(qu)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(di)係統成本。如右圖所(suo)示，也可以用SiC等效替代矽MOSFET，這為設(she)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。

還有許(xu)多采(cai)用熟(shu)悉的D2PAK和TO247格式的1200V SiC MOSFET，典(dian)型RDSon低至20mW。

對於那些想(xiang)要在太陽能光伏裝置中利(li)用SiC的人，安森(sen)美半導體還開發了一係列兩(liang)通道(dao)或三通道的SiC升壓模(mo)塊，用於太陽能逆變器。