Quali effetti-di risparmio energetico e miglioramento dell'efficienza possono apportare i diodi nell'ambito dell'obiettivo della neutralità delle emissioni di carbonio?

1, Innovazione dei materiali: i semiconduttori ad ampio gap di banda aprono l'era delle basse perdite
I diodi tradizionali a base di silicio- presentano notevoli problemi di consumo energetico in scenari di alta-tensione e alta-frequenza a causa della loro elevata resistenza e della bassa frequenza di commutazione. I materiali semiconduttori ad ampio gap di banda rappresentati dal carburo di silicio (SiC) e dal nitruro di gallio (GaN) sono diventati la direzione principale per l'aggiornamento della tecnologia dei diodi grazie ai loro vantaggi fisici.

Perdita di conduzione ridotta
La resistenza di conduzione dei diodi SiC è solo da 1/100 a 1/300 di quella dei dispositivi basati su silicio-. Nell'applicazione di pile di ricarica ad alta-tensione da 800 V, la perdita di conduzione può essere ridotta di oltre il 60%. Ad esempio, il diodo SiC Schottky di ROHM migliora l'efficienza del 3% rispetto ai dispositivi basati su silicio-a una frequenza di lavoro di 100 kHz e la caduta di tensione diretta diminuisce da 0,45 V a 0,28 V, con un conseguente aumento di 0,4 punti percentuali nell'efficienza del sistema.
Ottimizzazione delle caratteristiche dell'interruttore
Il tempo di recupero inverso dei diodi SiC è vicino allo zero e le caratteristiche di commutazione ad alta-frequenza migliorano significativamente l'efficienza di conversione della potenza. Nei sistemi di alimentazione dei data center, i moduli elettronici di potenza che utilizzano diodi SiC possono aumentare l'efficienza di conversione dal bordo della rete al processore dall'80% a oltre il 90%, risparmiando oltre 200 kWh di elettricità per server all'anno.
Resistenza e integrazione alle alte temperature
I dispositivi SiC possono funzionare stabilmente in ambienti superiori a 200 gradi, riducendo la complessità della progettazione della dissipazione del calore. Attraverso il packaging modulare, il diodo al carburo di silicio di Tongfangdi Yi riduce l'area del chip del 20%, integrando al tempo stesso circuiti di guida e funzioni di protezione per formare un composito ad alta-densità di potenza, adatto a scenari come moduli di ricarica di veicoli elettrici e azionamenti di motori industriali.
2. Espansione dello scenario applicativo: dal singolo componente al risparmio energetico a livello di sistema
Il valore-di risparmio energetico e miglioramento dell'efficienza dei diodi si è esteso dalle tradizionali funzioni di rettifica e regolazione della tensione alla gestione energetica dell'intera catena, coprendo aree chiave come la generazione di nuova energia, i veicoli elettrici, il controllo industriale e i data center.

Nuova generazione di energia: miglioramento dell’efficienza degli inverter fotovoltaici
Nei sistemi fotovoltaici, i diodi SiC applicati agli inverter DC-AC possono ridurre le perdite di commutazione del 30% e migliorare l'efficienza del sistema di 2-3 punti percentuali. Prendendo come esempio una centrale fotovoltaica da 100 MW, la produzione annua di energia può aumentare di 2 milioni di kWh e ridurre le emissioni di anidride carbonica di 1600 tonnellate.
Veicoli elettrici: riduzione dei tempi di ricarica ed estensione dell'autonomia
Nella piattaforma di ricarica rapida ad alta-tensione da 800 V, diodi SiC e MOSFET lavorano insieme per aumentare la densità di potenza del modulo di ricarica a 35 kW/L e l'efficienza di ricarica raggiunge il 98%. Dopo aver adottato i dispositivi di alimentazione SiC, Tesla Model 3 ha aumentato la sua autonomia del 5% e ridotto il tempo di ricarica del 20%.
Motori industriali: riduzione dei consumi energetici e dei costi di manutenzione
I sistemi di motori industriali rappresentano il 45% del consumo globale di elettricità e gli azionamenti a frequenza variabile che utilizzano diodi SiC possono aumentare l’efficienza del motore dall’85% al ​​95%. Ad esempio, dopo la ristrutturazione di una certa impresa siderurgica, il risparmio annuo di elettricità ha raggiunto i 120 milioni di kWh e le emissioni di carbonio sono state ridotte di 96.000 tonnellate.
Data Center: ottimizzazione della gestione energetica e del raffreddamento
Il consumo energetico dei data center rappresenta il 2% del totale globale e l'uso di moduli di potenza a diodi SiC può ridurre il valore PUE (Power Usage Efficiency) al di sotto di 1,1. Prendendo come esempio i data center di grandissime dimensioni, il risparmio energetico annuo supera i 50 milioni di kWh, il che equivale a ridurre il consumo di 40.000 tonnellate di carbone standard.
3, Collaborazione nella catena industriale: sostituzione della localizzazione e ricostruzione ecologica
Sullo sfondo della ristrutturazione della catena di fornitura globale, l’industria cinese dei diodi si sta spostando dal “seguire la tendenza” al “fare da apripista” attraverso scoperte tecnologiche e sinergie ecologiche.

Fine del materiale: espansione della capacità di produzione del substrato SiC
Imprese nazionali come Tianyue Advanced e Sanan Optoelectronics hanno raggiunto la produzione di massa di substrati SiC da 6 pollici, con una capacità di produzione globale del 30% entro il 2025. Il costo del substrato è diminuito del 60% rispetto al 2020, portando il prezzo dei diodi SiC da 10 dollari per chip a 2 dollari, accelerando la loro penetrazione nei settori dell’elettronica di consumo e del fotovoltaico.
Fine della produzione: tecnologia di confezionamento e test iterativo
Le imprese nazionali utilizzano tecnologie di packaging di miniaturizzazione come DFN e SODFL per ridurre l'induttanza parassita dei diodi del 50% e adattarsi ai layout PCB ad alta-densità. Ad esempio, il diodo SiC da 1200 V di Shilanwei è confezionato su un substrato di rame, che riduce l'aumento di temperatura di 40 gradi rispetto ai prodotti tradizionali e migliora significativamente l'affidabilità del sistema.
Fine dell'applicazione: legame profondo della catena ecologica
BYD, Huawei Digital Energy e altri produttori di sistemi collaborano con aziende produttrici di diodi per sviluppare prodotti personalizzati. Ad esempio, Yangjie Technology ha collaborato con BYD per sviluppare diodi SiC di grado automobilistico, che sono stati ampiamente applicati nei modelli Han EV con un valore di un singolo veicolo superiore a 500 yuan, formando un ecosistema a circuito chiuso-di "sistemi di chip di materiali".