華為：SiC爆發(fā)的拐點臨近
[導讀]在九月底，華為發(fā)布了《數(shù)字能源2030》白皮書。他們在白皮書中首先指出，在當前環(huán)境下，控制溫室氣體排放，共同拯救人類家園，控制傳統(tǒng)化石能源應用刻不容緩。與此同時，世界經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展需要可持續(xù)性的能源供給，而可再生能源將在此器件承擔重任?！半娏﹄娮蛹夹g和數(shù)字技術成為驅(qū)動能源產(chǎn)業(yè)變革...
在九月底，華為發(fā)布了《數(shù)字能源2030》白皮書。他們在白皮書中首先指出，在當前環(huán)境下，控制溫室氣體排放，共同拯救人類家園，控制傳統(tǒng)化石能源應用刻不容緩。與此同時，世界經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展需要可持續(xù)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(shù)字技術成為驅(qū)動能源產(chǎn)業(yè)變革的核心技術”，華為在白皮書中強調(diào)。
他們接著指出，電力電子在電能發(fā)輸配用的各個環(huán)節(jié)發(fā)揮關鍵價值。風電、光伏等可再生能源的用途主要是發(fā)電，構建以電能為中心，以電網(wǎng)為紐帶，以電力電子設備為基礎的能源系統(tǒng)是能源產(chǎn)業(yè)變革的方向。電力電子設備的優(yōu)點在于其接口不受限、響應速度快、變換效率高，在電力的生產(chǎn)、傳輸、消費環(huán)節(jié)應用廣泛。
a） 在電力生產(chǎn)方面，風電、光伏新能源這些不同于常規(guī)同步發(fā)電機的電源，難以直接并網(wǎng)輸送，只能采用電力電子變換技術換成頻率可調(diào)節(jié)的交流電，且需要滿足上網(wǎng)的質(zhì)量要求，如光伏逆變器、風能變流器等通過電力電子開關調(diào)整電壓波形，支持風電、光伏發(fā)電并網(wǎng)和提高系統(tǒng)發(fā)電效率。
b） 在電力傳輸分配方面，長距離輸電形式使用智能化的大功率電力電子裝備，可以顯著提升線路輸送水平、改善潮流分布、增強電網(wǎng)供電可靠性，提升電網(wǎng)安全防御能力，從而提高大型電網(wǎng)互聯(lián)傳輸?shù)陌踩煽啃?，提升傳輸效率?/span>
c）配電場景中，隨著大量分布式電源、微電網(wǎng)和柔性負荷接入配電網(wǎng)，“即插即用”的接入要求越來越高，線路無功功率增大，電網(wǎng)高電壓、諧波干擾等電能質(zhì)量問題日益突出，傳統(tǒng)配電網(wǎng)電能質(zhì)量和供電可靠性提升空間有限，難以滿足用戶高電能質(zhì)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類型的電能質(zhì)量和多種電能形式的定制需求。
d） 在電力消費方面，最主要的變化是分布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，如數(shù)據(jù)中心、通信基站、電動汽車充電站、計算機設備、LED照明等，高效率，高功率密度，高可靠性，低成本的轉(zhuǎn)換電源和開關設備等正滿足用戶日益多樣的個性化需求和高標準的電能質(zhì)量治理需求。
基于上述考慮，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(tǒng)以可再生能源最大限度地開發(fā)利用、能源效率最高為目標，對能源輸送和控制的安全、高效、智能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(wǎng)絡，與分布式電源、儲能等融合互動的高效終端系統(tǒng)，與信息系統(tǒng)結合的綜合服務體系等。這些都需要通過電力電子化設備進行運行、補償、控制。目前這些設備中所使用的基本都還是硅基器件，而硅基器件的參數(shù)性能已接近其材料的物理極限，無法擔負起未來大規(guī)模清潔能源生產(chǎn)傳輸和消納吸收的重任，節(jié)能效果也接近極限。
因此華為強調(diào)，以碳化硅為代表的第三代半導體功率芯片和器件，以其高壓、高頻、高溫、高速的優(yōu)良特性，能夠大幅提升各類電力電子設備的能量密度，降低成本造價，增強可靠性和適用性，提高電能轉(zhuǎn)換效率，降低損耗。光伏、風電等新能源發(fā)電、直流特高壓輸電、新能源汽車、軌道交通、工業(yè)電源、民用家電等領域具有極大的電能高效轉(zhuǎn)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(chuàng)新加速期，滲透率將全面提升。
如碳化硅的瓶頸當前主要在于襯底成本高（是硅的4-5倍，預計未來2025年前年價格會逐漸降為硅持平），受新能源汽車、工業(yè)電源等應用的推動，碳化硅價格下降，性能和可靠性進一步提高。碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈爆發(fā)的拐點臨近，市場潛力將被充分挖掘。
據(jù)Yole預計，碳化硅器件應用空間將從2020年的6億美金快速增長到2030年的100億美金，呈現(xiàn)高速增長之勢。我們預計在2030年光伏逆變器的碳化硅滲透率將從目前的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%，通信電源、服務器電源將全面推廣應用。
華為同時指出，新材料和數(shù)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(shù)字化控制技術全面協(xié)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、拓撲及控制算法的升級，電源部件將達到新的極致高效。尤其是碳化硅等器件新技術、新材料的應用，相比較傳統(tǒng)的硅器件，禁帶寬度提升3倍，電場強度提升15倍，電子飽和速率提升2倍，導熱系數(shù)提升3倍，電動車系統(tǒng)級的效率如充電、行駛工況、供電傳輸、功率變換、加熱/制冷、能量回收全鏈路架構將被持續(xù)重構升級。
來源：半導體行業(yè)觀察版權歸原作者所有，如有侵權，請聯(lián)系刪除。
“電力電子技術和數(shù)字技術成為驅(qū)動能源產(chǎn)業(yè)變革的核心技術”，華為在白皮書中強調(diào)。
他們接著指出，電力電子在電能發(fā)輸配用的各個環(huán)節(jié)發(fā)揮關鍵價值。風電、光伏等可再生能源的用途主要是發(fā)電，構建以電能為中心，以電網(wǎng)為紐帶，以電力電子設備為基礎的能源系統(tǒng)是能源產(chǎn)業(yè)變革的方向。電力電子設備的優(yōu)點在于其接口不受限、響應速度快、變換效率高，在電力的生產(chǎn)、傳輸、消費環(huán)節(jié)應用廣泛。
a） 在電力生產(chǎn)方面，風電、光伏新能源這些不同于常規(guī)同步發(fā)電機的電源，難以直接并網(wǎng)輸送，只能采用電力電子變換技術換成頻率可調(diào)節(jié)的交流電，且需要滿足上網(wǎng)的質(zhì)量要求，如光伏逆變器、風能變流器等通過電力電子開關調(diào)整電壓波形，支持風電、光伏發(fā)電并網(wǎng)和提高系統(tǒng)發(fā)電效率。
b） 在電力傳輸分配方面，長距離輸電形式使用智能化的大功率電力電子裝備，可以顯著提升線路輸送水平、改善潮流分布、增強電網(wǎng)供電可靠性，提升電網(wǎng)安全防御能力，從而提高大型電網(wǎng)互聯(lián)傳輸?shù)陌踩煽啃?，提升傳輸效率?/span>
c）配電場景中，隨著大量分布式電源、微電網(wǎng)和柔性負荷接入配電網(wǎng)，“即插即用”的接入要求越來越高，線路無功功率增大，電網(wǎng)高電壓、諧波干擾等電能質(zhì)量問題日益突出，傳統(tǒng)配電網(wǎng)電能質(zhì)量和供電可靠性提升空間有限，難以滿足用戶高電能質(zhì)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類型的電能質(zhì)量和多種電能形式的定制需求。
d） 在電力消費方面，最主要的變化是分布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，如數(shù)據(jù)中心、通信基站、電動汽車充電站、計算機設備、LED照明等，高效率，高功率密度，高可靠性，低成本的轉(zhuǎn)換電源和開關設備等正滿足用戶日益多樣的個性化需求和高標準的電能質(zhì)量治理需求。
基于上述考慮，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(tǒng)以可再生能源最大限度地開發(fā)利用、能源效率最高為目標，對能源輸送和控制的安全、高效、智能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(wǎng)絡，與分布式電源、儲能等融合互動的高效終端系統(tǒng)，與信息系統(tǒng)結合的綜合服務體系等。這些都需要通過電力電子化設備進行運行、補償、控制。目前這些設備中所使用的基本都還是硅基器件，而硅基器件的參數(shù)性能已接近其材料的物理極限，無法擔負起未來大規(guī)模清潔能源生產(chǎn)傳輸和消納吸收的重任，節(jié)能效果也接近極限。
因此華為強調(diào)，以碳化硅為代表的第三代半導體功率芯片和器件，以其高壓、高頻、高溫、高速的優(yōu)良特性，能夠大幅提升各類電力電子設備的能量密度，降低成本造價，增強可靠性和適用性，提高電能轉(zhuǎn)換效率，降低損耗。光伏、風電等新能源發(fā)電、直流特高壓輸電、新能源汽車、軌道交通、工業(yè)電源、民用家電等領域具有極大的電能高效轉(zhuǎn)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(chuàng)新加速期，滲透率將全面提升。
如碳化硅的瓶頸當前主要在于襯底成本高（是硅的4-5倍，預計未來2025年前年價格會逐漸降為硅持平），受新能源汽車、工業(yè)電源等應用的推動，碳化硅價格下降，性能和可靠性進一步提高。碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈爆發(fā)的拐點臨近，市場潛力將被充分挖掘。
據(jù)Yole預計，碳化硅器件應用空間將從2020年的6億美金快速增長到2030年的100億美金，呈現(xiàn)高速增長之勢。我們預計在2030年光伏逆變器的碳化硅滲透率將從目前的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%，通信電源、服務器電源將全面推廣應用。
華為同時指出，新材料和數(shù)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(shù)字化控制技術全面協(xié)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、拓撲及控制算法的升級，電源部件將達到新的極致高效。尤其是碳化硅等器件新技術、新材料的應用，相比較傳統(tǒng)的硅器件，禁帶寬度提升3倍，電場強度提升15倍，電子飽和速率提升2倍，導熱系數(shù)提升3倍，電動車系統(tǒng)級的效率如充電、行駛工況、供電傳輸、功率變換、加熱/制冷、能量回收全鏈路架構將被持續(xù)重構升級。
來源：半導體行業(yè)觀察版權歸原作者所有，如有侵權，請聯(lián)系刪除。
下載文檔
