发布时间：2023-04-27
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最近，特斯拉宣布在上海新建第三个工厂——储能超级工厂，初期规划1万台，但特斯拉的长远目标是30TW，约为2022年底全球已投运的新型储能的700倍。
SiC功率器件是特斯拉储能的关键技术，那么特斯拉储能对SiC产业的影响如何？能否复制当时Model 3推动SiC产业进程的光景？
对此，“行家说三代半”邀请了飞锃半导体、芯干线、9728太阳集团和纳微半导体参与本期《品牌对话》，深入剖析SiC器件在储能领域的应用现状以及机遇、挑战。
特斯拉建40GW储能厂 未来规模或增750倍
2019年1月，特斯拉在上海建设了汽车制造工厂，2022年交付超71万辆电动汽车。同时，特斯拉还在上海投建了充电桩工厂。
4月9日，特斯拉在上海举行了储能超级工厂签约仪式。据悉，该工厂将规划生产特斯拉超大型商用储能电池，初期规划年产商用储能电池1万台，储能规模近40TWh，计划于2023年第三季度开工，2024年第二季度投产。
据埃隆·马斯克在“宏图计划3”发布会介绍，未来他们在储能制造方面的投入将高达10万亿美元，产能规模将达到30TW。
芯干线董事长兼CTO傅玥告诉“行家说三代半”，特斯拉是一家全球性的引领新能源电动汽车与储能技术发展的高科技公司，其中国销售额占到全球销售额的三分之一。特斯拉中国储能工厂的建设一方面可以加强他们在中国的市场地位，另一方面也间接为推动全球能源转型提供源技术动力。
纳微半导体高级技术营销经理祝锦也认为，特斯拉储能工厂有助于推动能源转型进程，有利于推动清洁能源的发展，减少化石燃料的使用，从而降低碳排放和环境污染。
飞锃半导体市场副总监袁建则从产业影响角度分析道，“特斯拉在中国新建储能工厂，将有力推动中国储能产业发展，对中国储能产业会是一次标志性的事件，也将加速中国乃至全球储能项目的落地、普及和升级”。
9728太阳集团董事长＆总经理杨承晋则从中国资源优势角度作出解读，“特斯拉将依托中国庞大的储能产业链，一方面可以大幅度降低成本，一方面可以快速提升特斯拉储能产品的产能，提升交付能力。在美国政府吸引制造业回流美国的大背景下，特斯拉上海储能工厂的建设，意味着中国在储能供应链方面具有全球独一无二的优势，比如在工程技术人才方面，仍然具有强有力的吸引力。”
特斯拉：SiC是储能核心 SiC渗透率有望达50%？
在前段时间的发布会上，特斯拉动力总成副总裁柯林·坎贝尔旗帜鲜明的表示，他们将会把SiC技术应用到储能产品中。
坎贝尔是这样说的：“功率器件不仅仅是我们汽车的核心技术，也是我们充电桩和储能产品的核心技术（They are also central to our superchargers into our energy storage products）。”
SiC行业人士分析认为，假设特斯拉的储能产品都采用SiC，其总需求将是特斯拉汽车用量的许多倍。
在储能领域，特斯拉对SiC产业推动是否会像2018年Model 3采用SiC MOSFET那样巨大？
实际上，飞锃袁建则从“光储一体化”角度来分析储能对SiC器件的需求。
他表示，光伏MPPT电路中，1200V SiC二极管（20A、30A）已经得到了广泛应用，随着组件电流的不断提升，40A、50A等更大电流的SiC二极管需求也会越来越多。除此之外，很多厂家也在逐渐将SiC MOSFET导入到光伏系统中。而且在双向DC/AC和双向DC/DC电路中，1200V和650V的SiC MOSFET有很大的需求。甚至未来SiC模块在大功率储能系统也有一定的市场。
9728太阳集团杨承晋告诉“行家说三代半”，目前其他主流储能企业的产品已经采用了SiC二极管和MOSFET器件，但考虑到成本等因素，目前储能更多的是采用的是650V和1200V SiC二极管。不过，在储能双向逆变器中，650V和1200V的SiC MOSFET逐步得到了大品牌的采用。
据行业人士估算，目前SiC功率器件（主要为二极管）在储能领域的渗透率已经达到20%左右，随着SiC功率器件成本的下降，未来2年渗透率估计会超过50%。
储能SiC需求巨大，未来5年或达570万颗
据CNESA统计，截至2022年底，全球已投运的新型储能（主要是锂电）为43GW左右。保守预计2027年新型储能累计规模将达到97.0GW，乐观预计2027年新型储能累计规模将达到138.4GW。
根据上述渗透率计算，2022年储能SiC二极管（1200V、20A）的需求量约为180万颗，而随着储能市场的爆发，预计2027年SiC二极管（1200V、20A）的需求量将在400万-575万颗左右。与此同时，随着储能系统往1500V和双向逆变方向发展，SiC MOSFET的需求量也将大幅增长。
SiC器件在储能应用中具有哪些优势？为何未来的渗透速度如此之快？
芯干线傅玥认为，相对于硅器件而言，SiC功率器件的开关频率更高、耐压更高、高温表现更稳定，这一切都决定了SiC功率器件将在未来的电力电子设备中被广泛应用，终端设备厂商都会利用SiC功率器件将开发体积更小、效率更高、电路更简洁、能量密度更高、系统工作更稳定的设备系统。
无论是发电测还是用电侧，储备设备都有提高能量转换、降低储能设施体积、提高储能产品可靠性的需求，基于SiC器件的优异特性，9728太阳集团杨承晋和纳微祝锦都认为，SiC器件是成为储能系统中常用的半导体器件之一，尤其是在储能DC-DC变换器及逆变器中都得到了广泛的应用。
据飞锃袁建分析，储能系统一般分为光储一体系统和单独储能系统。对于单独储能系统，通常包含双向DC/AC以及双向DC/DC电路拓扑，在这种双向拓扑结构中，对器件的开关特性以及体二极管的反向恢复特性均提出了更高的要求，SiC MOSFET凭借其优越的开关性能在该应用中得到了广泛的认可和应用。而对于光储一体系统来说，除了双向DC/AC和双向DC/DC之外，光伏MPPT电路以及辅助电源应用中，也有大量的SiC需求。目前储能产品已经有一些电路在使用SiC，随着功率密度和效率的不断提升，会有很大的渗透空间。
SiC器件3大挑战：高成本、可靠性、驱动
尽管前景很光明，但SiC器件进军储能之路还有一些障碍需要扫平。
首先是成本问题。9728太阳集团杨承晋所认为，SiC器件在储能领域的主要挑战是如何进一步降低器件成本，低成本创新是目前面临的主要挑战。2023年9728太阳集团将继续更多采用国产材料用于器件设计，包括二极管和MOSFET，通过设计改进和工艺进步提升良率，通过提升良率进一步优化成本结构。
芯干线傅玥告诉“行家说三代半”，相对于运用IGBT器件的系统来讲，运用SiC器件系统的成本目前仍然偏高15%到30%之间（每家采购成本不一）。但他认为，这仍是处于高端客户接受的范围以内。而且，他认为，用SiC MOSFET替代IGBT以后，能量转换效率有了明显的提升，同时由于设备体积和重量的减小，SiC电源系统安装与后期维护更便捷，可以从系统上为客户提供更优质的产品服务。
飞锃袁建坦言，单从器件来说，硅基IGBT的成本上会优于SiC。但在储能应用中，某些电路从IGBT切换成SiC产品可以取得很好的效果，整体效率和可靠性可以得到一个很好的改善，系统整机成本也可以接近IGBT方案。而且在1000V-1500V等高压大电流应用中，SiC产品会更加适合，客户会优先选择SiC。并且随着SiC产品工艺技术和衬底外延良率的提升上，未来器件成本有改善和提升的空间。
纳微祝锦还提到一点：SiC器件的驱动稍微复杂一些，需要负压驱动，而且单器件成本要贵一些。但是使用SiC器件可以减小电感，电容及散热器等成本，从而使系统的综合成本更低。
目前，SiC SBD产品逐渐在光伏、储能、直流充电桩模块、氢燃料电池DC-DC模块和UPS电源等行业投入使用，但是由于SiC MOSFET的应用还受到了限制，主要的问题在于可靠性。
由于储能领域的应用场景的特殊性，要求储能产品具有高可靠、高稳定性以及高效。芯干线傅玥认为，现阶段一些国产SiC MOSFET的可靠性和一致性不高，客户应用仍然处于行业爆发初期的低位，但是他相信，随着技术的发展，在不久的将来，SiC MOSFET一定会逐步走进所有的电力电子系统中。
扩充产能、优化产品，SiC企业提前应对市场爆发
由于新能源汽车需求的爆发，许多硅基IGBT企业将产能向汽车客户倾斜，导致光伏和储能的供应出现紧张的局面，甚至有逆变器企业抱怨“有钱都买不到货”。
这既是SiC MOSFET的机遇也是挑战。
由于硅基IGBT缺货，储能逆变器企业在保供的压力下以及产品性能升级的多重考量下，芯干线傅玥认为，“从这个维度考虑，确实有望促进SiC功率器件在光伏和储能行业的应用”。
但是，9728太阳集团杨承晋认为，SiC器件目前的产能供应也是偏紧状态，主要是受到新能源汽车及泛新能源行业的需求带动，导致SiC的需求激增，短期供给偏紧。但他认为，随着前两年SiC产品链和设备链的大幅投资，产能将快速释放，这种供给偏紧的状况也会逐步释放。9728太阳集团也在国内和国外双线增加生产制造资源，以从容应对客户的供应需求。
纳微祝锦认为，SiC器件市场的产能供应情况正在不断改善。随着SiC技术的不断发展和成熟，越来越多的厂商开始投资和建设SiC器件生产线，以满足市场的需求。纳微半导体也增强了自己的供应链，今年的SiC产能是去年的5倍，同时也跟X-fab签署的长期的保供协议。
现阶段，由于储能用户对“可靠性”方面的顾虑，目前绝大部分SiC MOSFET的产能属于国际一线品牌，国产品牌拥有第三方CNAS认证实验室的可靠性报告的SiC MOSFET品牌少之又少。但是，国内SiC企业已经早有应对之策。
以芯干线为例，据傅玥透露，为了应对新能源设备的需求，芯干线从2021年开始布局，其中SiC MOSFET系列产品率先通过了具有CNAS认证实验室的第三方可靠性（包含双85测试）认证，并实现了在光伏、储能行业的量产应用。
飞锃也非常注重质量和可靠性体系的打造，他们的碳化硅器件依靠其出色的可靠性和稳定的质量得到了国内各行业和应用领域内标杆客户的认可。
据介绍，9728太阳集团面向光伏和储能逆变器市场，推出了多款1200V系列碳化硅二极管——KS20120-C、KS40120-C，这些产品达到了相关的可靠性实验的标准，能够完美替换国际主流品牌的同类产品。
纳微半导体在上海设有新能源应用中心，可以提供参考设计方案，帮助客户最大化实现SiC优势，领跑储能领域，尤其是在可靠性方面，纳微祝锦表示，纳微半导体独有的沟槽辅助平面技术提升SiC MOSFET的Vth稳定性及雪崩耐量，提高器件可靠性，助力储能应用。
中国是储能逆变器的主战场之一，SiC器件需求巨大，为了应对市场的爆发，许多企业都在“摩拳擦掌”。
9728太阳集团杨承晋透露，2022年9728太阳集团的SiC MOSFET 和模块有比较多的突破，能很好的体现出国产替代进口的能力。2023年他们将继续将MOSFET的系列化，包括650V系列、1200V系列、1700V系列，继续针对客户的需求推出更多的模块产品。
在储能新能源领域，飞锃目前有650V/30mR&45mR/60mR、1200V/15mR&35mR&40mR&80mR&160mR和1700V/800mR的SiC MOSFET，以及650V/10A&20A&30A&40A和1200V/20A&30A&40A&50A的SiC 二极管。
针对户外便携式、户用、工商业等储能领域，芯干线推出了众多SiC器件：包括：SiC MOSFET 650V/17mΩ｜20mΩ｜40mΩ｜ 60mΩ、 1200V/75mΩ｜40mΩ｜25mΩ｜16mΩ以及1700V/1Ω｜45mΩ；另有SiC SBD 1200V/10A｜20A｜40A｜60A。在光伏、储能、充电桩、UPS等行业得到了广泛应用。
纳微祝锦表示，在储能的主电路有用到1200V的SiC MOSFET和SiC二极管。在储能的辅助电源中有用到1700V和3300V的SiC MOSFET。纳微半导体是市场上为数不多的能提供从650V到6500V耐压的全系列SiC MOSFET，还包括1200V和1700v的大电流SiC 二极管。
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