Как оценить потенциал замещения карбидокремниевых диодов в новой энергетике?

1. Техническое преимущество: преодоление физических ограничений кремниевых-устройств.
Основная конкурентоспособность карбидокремниевых диодов заключается в свойствах их материала:

Характеристики высокой частоты и высокой эффективности: подвижность электронов карбида кремния в три раза больше, чем у кремния, а ширина запрещенной зоны в три раза больше, чем у кремния, что делает время обратного восстановления чрезвычайно коротким (<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%.
Высокая термостойкость и высокая надежность: критическая напряженность поля пробоя карбида кремния в 10 раз выше, чем у кремния, и он может стабильно работать в условиях высоких температур выше 600 градусов. Его теплопроводность в 3 раза выше, чем у кремния, а эффективность рассеивания тепла значительно улучшена. В фотоэлектрических инверторах карбидокремниевые диоды позволяют уменьшить объем модулей рассеивания тепла на 40% и продлить срок службы системы до более чем 20 лет.
Миниатюризация и легкий вес. Высокая напряженность поля пробоя позволяет сделать конструкцию устройства тоньше, а при той же мощности объем карбидокремниевых диодов составляет лишь одну-треть объема устройств на основе кремния-, что снижает вес на 60 %. Эта функция особенно важна в системе электропривода транспортных средств на новой энергии, поскольку она может освободить больше места для размещения аккумуляторной батареи.
2. Сценарии применения и альтернативная логика в новой энергетической отрасли.
Новые энергетические транспортные средства: переход от вспомогательного к основному
Автомобильное зарядное устройство (OBC). Карбидокремниевые диоды обеспечивают эффективность преобразования 99 % на платформе высокого напряжения 800 В, что на 5 процентных пунктов выше, чем у устройств на основе кремния-, а скорость зарядки увеличивается на 30 %. Tesla Model 3, BYD Han и другие модели массово используют силовые модули из карбида кремния.
Контроллер двигателя: инвертор, состоящий из карбидокремниевых диодов и МОП-транзисторов, который может увеличить скорость двигателя до более 20 000 об/мин и достичь плотности мощности более 50 кВт/л. Система электропривода из карбида кремния, оснащенная NIO ET7, снижает общее потребление энергии на 6%.
Зарядный блок: диоды из карбида кремния обеспечивают эффективность преобразования энергии 98% в блоках быстрой зарядки постоянным током, поддерживают мощность перезарядки 480 кВт и сокращают время зарядки до менее чем 10 минут. State Grid запустил пилотный проект по стандартизации загрузочных штабелей из карбида кремния.
Производство фотоэлектрической энергии: революция эффективности от централизованного к распределенному
Струнный инвертор: карбид-кремниевые диоды обеспечивают максимальную эффективность преобразования инвертора, превышающую 99%, и он по-прежнему может поддерживать эффективность более 98,5% в условиях высоких температур, таких как пустыни и плато. Huawei, Sunac и другие компании запустили полную линейку фотоэлектрических инверторов из карбида кремния.
Микроинвертор: характеристики миниатюризации карбидокремниевых диодов увеличили удельную мощность микроинверторов до 1 кВт/л, снизили стоимость отдельных модулей на 40% и способствовали взрывному росту рынка BIPV.
Система хранения энергии: переход от передачи энергии к интеллектуальному управлению
Система управления батареями (BMS): карбид-кремниевые диоды обеспечивают эффективность преобразования энергии 99,5 % в двунаправленных преобразователях постоянного-постоянного тока, сокращая потери при зарядке и разрядке батареи на 15 % и продлевая срок службы на 20 %. Такие компании, как CATL и BYD, применили его на электростанциях по хранению энергии.
Накопление энергии со стороны сети: карбид-кремниевые диоды поддерживают выходную мощность уровня МВт в системах хранения энергии высокого-напряжения 1500 В, а скорость реакции системы увеличена до уровня миллисекунд, что обеспечивает ключевую поддержку для подключения к сети возобновляемых источников энергии.
3. Структура рынка: ускоренное замещение на внутреннем рынке и тенденция к снижению затрат.
Глобальная конкурентная среда
Международные гиганты, такие как Wolfspeed, Infineon и Rohm, доминируют на-рынке высокого класса: к 2024 году их доля на мировом рынке силовых устройств из карбида кремния составит 65 %, но китайские производители быстро растут. Tianyue Advanced, Tianke Heda и другие предприятия добились массового производства 6-дюймовых подложек, а 8-дюймовые подложки вступили в стадию проверки заказчиком.
В 2024 году объем рынка карбидокремниевых диодов в Китае достигнет 2,8 млрд юаней, а годовой-по сравнению с-годовым приростом составит 55 %, из которых более 60 % будет занимать автомобильная продукция. Ожидается, что к 2030 году доля китайских карбидокремниевых диодов на мировом рынке увеличится до 35%.
Снижение затрат стимулирует замену
Доля стоимости подложек снизилась с 70% в 2020 году до 45% в 2025 году, а цена 6--дюймовых подложек из карбида кремния упала с 5000 юаней за штуку до 2000 юаней за штуку, что почти в три раза выше, чем у устройств на основе кремния. Ожидается, что с массовым производством 8-дюймовых подложек затраты еще больше снизятся.
Отечественные карбидокремниевые диоды стоят на 30–50% ниже, чем импортная продукция, и создают преимущество в области замещения в чувствительных к затратам областях, таких как автомобили на новой энергии и фотоэлектрические устройства. Например, модуль из карбида кремния отечественного производства, используемый в BYD Han EV, экономит 12 000 юаней на транспортное средство по сравнению с импортной продукцией.