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

 

weishenmetaiyangnengguangfufadianzaikezaishengnengyuanrongliangdezengchangrucizhongyao
？yigemingxiandeyuanyinshitaiyangnengfeichangrongyizhijieliyong
，youqishipianyuandiquhuoliwangquyu。lingyigemingxiandeyuanyinshitaiyangnenghenduo，genjujisuan，haipingmianshang

，meipingfangmimeitiankechansheng1kW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）吸xi收shou
，它ta們men的de能neng量liang將jiang電dian子zi激ji發fa出chu其qi分fen子zi或huo原yuan子zi軌gui道dao。然ran後hou，這zhe些xie電dian子zi可ke將jiang其qi多duo餘yu的de能neng量liang作zuo為wei熱re量liang散san失shi並bing返fan回hui其qi軌gui道dao，或huo者zhe傳chuan播bo到dao電dian極ji並bing形xing成cheng電dian流liu。

 

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(zai)20％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。

 

SiC功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)比(bi)矽(gui)替(ti)代(dai)品(pin)具(ju)有(you)許(xu)多(duo)優(you)勢(shi)，包(bao)括(kuo)其(qi)切(qie)換(huan)高(gao)壓(ya)的(de)能(neng)力(li)以(yi)及(ji)高(gao)速(su)

，低(di)損(sun)耗(hao)和(he)良(liang)好(hao)熱(re)性(xing)能(neng)的(de)電(dian)流(liu)。盡(jin)管(guan)目(mu)前(qian)它(ta)們(men)在(zai)同(tong)類(lei)基(ji)礎(chu)上(shang)可(ke)能(neng)比(bi)矽(gui)產(chan)品(pin)更(geng)貴(gui)（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。