根據(ju)國(guo)際能(neng)源(yuan)署(shu)（IEA）2019年(nian)10月的(de)報告(gao)，到(dao)2024年(nian)，可再生能源發電(dian)量(liang)將(jiang)增長(zhang)50％。這意味(wei)著(zhu)全球(qiu)可再生(sheng)能源發電量將增加1200GW，相當於(yu)美國目(mu)前的裝機量。該(gai)報告預(yu)測，可再(zai)生能源中約有60％將以太陽(yang)能光(guang)伏(fu)（PV）的形式出(chu)現。

圖(tu)1. 2019 – 2024年按(an)技(ji)術分(fen)類(lei)的可再生能源產能增(zeng)長

圖2. 2007 – 2024年分布式(shi)光伏產(chan)能增長情況

為(wei)什麽太(tai)陽能光伏發電在可再生能源容量的增長如(ru)此重要？一個(ge)明顯的原(yuan)因是太陽能非常容(rong)易直接(jie)利(li)用，尤(you)其(qi)是(shi)偏遠(yuan)地區(qu)或(huo)離網區域。另(ling)一個明(ming)顯(xian)的原因是太陽能很多(duo)，根(gen)據計算，海(hai)平麵(mian)上(shang)，每平(ping)方米(mi)每(mei)天(tian)可(ke)產生1kW電力(li)，如果考慮諸如日/夜周期，入(ru)射角(jiao)，季(ji)節(jie)性(xing)等因素(su)，每天每平方(fang)米或可以產生6kWh電量。

與所(suo)有能量轉換(huan)過程一樣(yang)，並非(fei)所有輸入太陽能電池(chi)的能量都(dou)以首選的電形式輸出。實(shi)際上，多年來，單(dan)晶矽太陽能電池的效率(lv)一(yi)直(zhi)徘(pai)徊在20％至25％之(zhi)間(jian)。但(dan)是，太陽能光伏發電的機會(hui)是如此巨(ju)大，以至於數(shu)十年來(lai)，研究團(tuan)隊一直在努(nu)力使用日(ri)益(yi)複(fu)雜的結構和材(cai)料(liao)來提(ti)高(gao)電池轉換效率，如NREL的這張(zhang)圖所示。

圖3. 1976年至(zhi)2020年全球研究(jiu)太陽能電池的轉換效率的進(jin)展（NREL）（此(ci)圖由(you)美國科羅(luo)拉多州國家(jia)可再生能源實驗室提供）

許(xu)多太陽能光伏設備依靠(kao)各種(zhong)形式的多晶(jing)矽或矽、碲化鎘或硒化銅銦镓(jia)的薄(bao)膜，轉換效率在20％至30％的範(fan)圍(wei)內。單元內置(zhi)在模(mo)塊中，這(zhe)些模塊(kuai)是太陽能光伏發電係(xi)統(tong)的基(ji)本單元(yuan)。

20%-30%是理(li)想(xiang)狀態(tai)，實際(ji)上轉換效率可能會因各種原因而(er)降(jiang)低(di)轉(zhuan)換效(xiao)率：降雨(yu)，積雪和灰塵沉積，材料老化以及(ji)環境(jing)變化，例如由於植(zhi)被的生長或新(xin)建築物的安裝而增加(jia)陰(yin)影(ying)。

逆變(bian)器通過切換直流(liu)輸入電流的極性來工(gong)作(zuo)，使(shi)其接近(jin)交(jiao)流輸(shu)出。開(kai)關(guan)頻(pin)率越高，轉換效率越(yue)高。簡單的開關即可產生方波輸出，可以(yi)驅動負載(zai)，但是諧(xie)波(bo)會損失(shi)更多的電流。因(yin)此，逆(ni)變器(qi)需(xu)要(yao)平衡開關頻率以提高效率、工作電壓(ya)和功率容量，此外還需要針對(dui)最(zui)小(xiao)化方波的輔(fu)助組件成(cheng)本(ben)之間的進行平衡(heng)。

碳化矽（SiC）在太陽能發電應用(yong)中比(bi)矽具有多種優(you)勢，其擊(ji)穿(chuan)電壓是傳統矽的十倍以上， SiC器件還具有比矽更(geng)低的導(dao)通電阻，柵極電荷和反向(xiang)恢複電荷(he)特(te)性，以及更高的熱導率。這些特性意(yi)味著SiC器件(jian)可以在比矽等(deng)效器件更高的電壓，頻率和(he)電流下切(qie)換，同時更有效地管理散熱(re)。

矽MOSFET廣泛(fan)用於高達(da)300V的開關應(ying)用中，高於該電壓時，器件的導通電阻(zu)上升，設計(ji)者不(bu)得(de)不轉向較慢的雙(shuang)極(ji)器件。 SiC的高擊穿電壓意味著它(ta)可以用來製(zhi)造比矽中可能的電壓高得多的MOSFET，同(tong)時(shi)保留了低壓矽器件的快(kuai)速開關速度優勢。開關性能也相對獨(du)立於溫度，從(cong)而在係統升溫時實現(xian)穩定的性能。

SiC的導熱係數也(ye)是矽的三(san)倍，可以在更高的溫度(du)下(xia)運(yun)行。矽在175℃左右(you)就(jiu)無法(fa)正常運行，甚至在200攝氏(shi)度時直接會變成導體。而SiC直到1000℃左右才發生這種情(qing)況。可以通過兩(liang)種方式利用SiC的熱特性。首先(xian)，它可以用於製造(zao)功率轉換器，而該轉換器所需的冷(leng)卻係統要少於等效的矽係統。另外，SiC在較高溫(wen)度下的穩定運行可用於空(kong)間非常(chang)寶貴的情況下製造密(mi)集(ji)的電源轉換係統，例如車(che)輛和蜂窩(wo)基站。

這些優勢在太陽能轉換效率更高的功(gong)率升(sheng)壓電路(lu)中發揮(hui)了(le)重要作用。該電路設計為使太陽能電池陣列(lie)的輸出阻抗(kang)（隨入射光的水(shui)平而變化）與逆變器所需的輸入阻抗相(xiang)匹配(pei)，以實現最佳(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。如中圖所示，第(di)一個優化方案(an)是用SiC版本取代(dai)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。

還有許多采(cai)用熟(shu)悉(xi)的D2PAK和TO247格(ge)式的1200V SiC MOSFET，典型RDSon低至20mW。

對於那(na)些想要在太陽能光伏裝置中利用SiC的人，安森美(mei)半(ban)導體(ti)還(hai)開發了一係列兩通道(dao)或三通道的SiC升壓模塊，用於太陽能逆變器。