Come considerare il potenziale di sostituzione dei diodi al carburo di silicio nella nuova industria energetica?

1. Vantaggio tecnico: superare i limiti fisici dei dispositivi basati su silicio-
La competitività principale dei diodi al carburo di silicio risiede nelle proprietà dei materiali:

Caratteristiche ad alta frequenza ed alta efficienza: la mobilità degli elettroni del carburo di silicio è tre volte quella del silicio e la larghezza della banda proibita è tre volte quella del silicio, il che rende il tempo di recupero inverso estremamente breve (<10ns) and reduces switching losses by more than 70%. In the motor controller of new energy vehicles, the use of silicon carbide diodes can improve system efficiency by 3% -5% and increase range by 5% -10%.
Resistenza alle alte temperature ed elevata affidabilità: l'intensità critica del campo di rottura del carburo di silicio è 10 volte quella del silicio e può funzionare stabilmente in ambienti ad alta temperatura superiore a 600 gradi. La sua conduttività termica è 3 volte quella del silicio e la sua efficienza di dissipazione del calore è notevolmente migliorata. Negli inverter fotovoltaici, i diodi al carburo di silicio possono ridurre del 40% il volume dei moduli di dissipazione del calore e prolungare la durata del sistema fino a oltre 20 anni.
Miniaturizzazione e alleggerimento: l'elevata intensità del campo di rottura consente al design del dispositivo di essere più sottile e, a parità di potenza, il volume dei diodi al carburo di silicio è solo un-terzo dei dispositivi basati sul silicio-, riducendo il peso del 60%. Questa caratteristica è particolarmente importante nel sistema di trazione elettrica dei veicoli a nuova energia, poiché può liberare più spazio per la disposizione della batteria.
2, Scenari applicativi e logiche alternative nella nuova industria energetica
Veicoli a nuova energia: un salto da ausiliari a core
Caricatore per auto (OBC): i diodi al carburo di silicio raggiungono un'efficienza di conversione del 99% su una piattaforma ad alta tensione da 800 V, ovvero 5 punti percentuali in più rispetto ai dispositivi basati su silicio-, e la velocità di ricarica è aumentata del 30%. Tesla Model 3, BYD Han e altri modelli hanno adottato sfusi moduli di potenza in carburo di silicio.
Controller motore: un inverter composto da diodi al carburo di silicio e MOSFET, che può aumentare la velocità del motore fino a oltre 20.000 giri/min e raggiungere una densità di potenza di oltre 50 kW/L. Il sistema di azionamento elettrico in carburo di silicio equipaggiato su NIO ET7 riduce il consumo energetico complessivo del 6%.
Pila di ricarica: i diodi al carburo di silicio raggiungono un'efficienza di conversione energetica del 98% nelle pile di ricarica rapida CC, supportano una potenza di sovraccarico di 480 kW e riducono il tempo di ricarica a meno di 10 minuti. State Grid ha lanciato un progetto pilota per la standardizzazione delle pile di ricarica in carburo di silicio.
Generazione di energia fotovoltaica: una rivoluzione dell’efficienza da centralizzata a distribuita
Inverter di stringa: i diodi al carburo di silicio consentono all'efficienza di conversione massima dell'inverter di superare il 99% e può comunque mantenere un'efficienza superiore al 98,5% in ambienti ad alta temperatura come deserti e altipiani. Huawei, Sunac e altre società hanno lanciato una linea completa di inverter fotovoltaici al carburo di silicio.
Micro inverter: le caratteristiche di miniaturizzazione dei diodi al carburo di silicio hanno aumentato la densità di potenza dei micro inverter a 1kW/L, ridotto il costo dei singoli moduli del 40% e promosso l'esplosione del mercato BIPV.
Sistema di accumulo dell'energia: passaggio dal trasferimento dell'energia alla gestione intelligente
Sistema di gestione della batteria (BMS): i diodi al carburo di silicio raggiungono un'efficienza di conversione energetica del 99,5% nei convertitori CC-CC bidirezionali, riducendo le perdite di carica e scarica della batteria del 15% ed estendendo la durata del ciclo del 20%. Aziende come CATL e BYD lo hanno applicato alle centrali elettriche di accumulo di energia.
Accumulo di energia lato rete: i diodi al carburo di silicio supportano l'uscita di potenza a livello di MW nei sistemi di accumulo di energia ad alta-tensione da 1500 V e la velocità di risposta del sistema è migliorata a livello di millisecondi, fornendo un supporto fondamentale per la connessione alla rete di energia rinnovabile.
3. Modello di mercato: sostituzione interna accelerata e tendenza al ribasso dei costi
Panorama competitivo globale
Giganti internazionali come Wolfspeed, Infineon e Rohm dominano il mercato di fascia alta-, con una quota di mercato globale del 65% per i dispositivi di potenza in carburo di silicio entro il 2024, ma i produttori cinesi sono in rapida crescita. Tianyue Advanced, Tianke Heda e altre imprese hanno raggiunto la produzione di massa di substrati da 6 pollici e i substrati da 8 pollici sono entrati nella fase di verifica del cliente.
Nel 2024, la dimensione del mercato dei diodi al carburo di silicio in Cina raggiungerà i 2,8 miliardi di yuan, con un aumento del 55% su base annua, di cui i prodotti di qualità automobilistica rappresentano oltre il 60%. Si prevede che entro il 2030 la quota di mercato globale dei diodi al carburo di silicio cinesi aumenterà al 35%.
La riduzione dei costi spinge alla sostituzione
La percentuale del costo del substrato è diminuita dal 70% nel 2020 al 45% nel 2025, e il prezzo dei substrati in carburo di silicio da 6-pollici è sceso da 5.000 yuan/pezzo a 2.000 yuan/pezzo, quasi tre volte quello dei dispositivi a base di silicio. Con la produzione di massa di substrati da 8 pollici, si prevede che i costi diminuiranno ulteriormente.
I diodi domestici al carburo di silicio hanno un prezzo inferiore del 30% -50% rispetto ai prodotti importati e hanno costituito un vantaggio di sostituzione in settori sensibili ai costi come i veicoli a nuova energia e il fotovoltaico. Ad esempio, il modulo in carburo di silicio prodotto internamente utilizzato nella BYD Han EV consente di risparmiare 12.000 yuan per veicolo rispetto ai prodotti importati.