近日，碳化硅技術在光儲充市場應用提速，新增了多樁合作/應用案例：

麥田能源&英飛凌：麥田能源儲能產(chǎn)品將搭載英飛凌SiC器件；

SK Signet &派恩杰：派恩杰為SK Signet汽車充電樁供應SiC器件；

DEIF & AVL：2家公司達成合作，基于碳化硅模組開發(fā)高效變流器；

臺達：推出了UFC 500直流充電樁，搭載新一代SiC芯片；

英飛源：推出全液冷儲能系統(tǒng)新品，采用全SiC設計；

盛弘股份：新一代PCS沿用碳化硅技術，并與電池高壓箱進行融合；

英博電氣：推出三款儲能變流器，搭載SiC器件；

航微能源：PCS搭載SiC軟開關技術，提升轉化效率；

領充新能源：液冷分布式儲能系統(tǒng)采用SiC器件，峰值效率高達99％。

《2023碳化硅（SiC）產(chǎn)業(yè)調(diào)研白皮書》數(shù)據(jù)顯示，近2年，光儲充與SiC行業(yè)的合作互動也越來越緊密，新技術/新產(chǎn)品呈現(xiàn)增長趨勢，光儲充領域有望成為下一個活躍市場。


光儲充市場有多大？

近年來，我國大功率充電技術如春筍般快速成長。劉永東透露，如今國內(nèi)“千伏”高壓架構核心部件產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)完善，預計今年底將有超過十款車型展現(xiàn)出超充性能，同時滿足超充需求的3C、4C電池已經(jīng)投入商業(yè)化，1000V和大功率充電堆的充電樁開始規(guī)劃建設，250kW-1MW的大功率充電設施也即將進入產(chǎn)業(yè)化階段。

光儲充一體化電站，如同一位聰明的能源管家，它不僅適用于大型集中式快充站、工商業(yè)園區(qū)、商用住宅等場所，通過巧妙地利用光伏發(fā)電和儲能技術，優(yōu)化能源配置，減少用電成本。在高速公路服務區(qū)及高速公路沿線建設光儲充一體化電站也成為了新的發(fā)展趨勢，充分利用現(xiàn)有的路側空間來布置光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)，為未來的綠色智慧交通發(fā)展提供了清潔的能源保障。

業(yè)內(nèi)人士普遍認為，光儲充一體化在農(nóng)村市場有著廣闊的前景。中國充電聯(lián)盟公布的數(shù)據(jù)顯示，截至2023年8月，全國充電基礎設施累計數(shù)量已達到720.8萬臺，同比增加67%。這一完備的充電基礎設施體系為新能源汽車在城市的快速發(fā)展提供了堅實的保障。然而，縣級以下的公共樁數(shù)量僅占全國公共樁總數(shù)的10%，農(nóng)村地區(qū)公共充電基礎設施建設的不足已經(jīng)成為了制約農(nóng)村地區(qū)新能源汽車消費潛力釋放的瓶頸。

據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)院研究報告《2023-2028年中國光儲充一體化行業(yè)發(fā)展前景及投資趨勢預測研究報告分析》顯示：

光儲充一體化，這個將光伏、儲能與充電設施完美結合的模式，被視為解決新能源汽車與充電樁發(fā)展不平衡問題的理想方案。它就像一位精明的管家，通過儲能電站與電網(wǎng)的協(xié)同供電，實現(xiàn)削峰填谷，有效解決光伏發(fā)電的間歇性和不穩(wěn)定問題。同時，光伏、儲能與充電設施形成的微網(wǎng)，可保持相對獨立運行，更多地使用新能源，緩解充電樁對區(qū)域電網(wǎng)的沖擊。并且，通過儲能電池直接給動力電池充電，能源轉換效率也得以提高。

目前，光儲充一體化行業(yè)的基礎階段已基本成熟，配套設施趨于完善，但問題主要集中在運維和材料成本上。未來，這個行業(yè)可能會朝著更高轉換效率、更高安全性、更高性價比的方向發(fā)展。雖然有眾多企業(yè)涉足這個領域，但光儲充一體化仍處在示范應用階段，還沒有進行到大面積商業(yè)化推廣。有公司表示，雖然積極開展光伏發(fā)電項目的建設運營，但相關業(yè)務收入占公司總體營業(yè)收入比例不高，遠非公司核心業(yè)務。也有公司稱其光儲充一體化業(yè)務占公司總體業(yè)務份額較低。

總體看來，我國光儲充一體化仍處于發(fā)展初期，項目發(fā)展受限的主要原因在于成本偏高，建設成本高，投資回收期長，企業(yè)實現(xiàn)盈利較為困難。但無可否認的是，在未來，隨著技術發(fā)展，組件成本進一步降低，商業(yè)模式更加成熟，在強有力政策指導和頭部企業(yè)示范指引下，光儲充一體化項目必將為國內(nèi)企業(yè)帶來更多發(fā)展機遇。

為了解決電動汽車補能痛點，大功率快充是大部分車企選擇的路線，在800V平臺的應用下，充電功率可以輕松超過200kW，而一些車型通過采用更高充電倍率的電池包，快充功率可以超過400kW。

于是，以往的120kW、180kW等規(guī)格的充電樁功率已經(jīng)無法滿足目前新能源汽車的需求，400kW以上的大功率充電樁，是目前行業(yè)的重要發(fā)展方向。

不過對于SiC的應用，威兆半導體產(chǎn)品總監(jiān)陳銀認為，由于技術上的一些難點，短期來看200kW內(nèi)的充電樁SiC應用會相比400kW充電樁增速更快。

“400KW超大功率充電樁，是一個重要的產(chǎn)品發(fā)展方向。相信400KW會有廠商不斷加入進來，但短時間內(nèi)形成不了較大的市場規(guī)模，更多的是企業(yè)一個先進的技術研發(fā)實力和產(chǎn)品的展示。反而200KW以內(nèi)的充電樁SIC的應用會越來越多，這主要基于效率和功率密度的提升需求考慮?！?/span>

據(jù)陳銀介紹，400kW超大功率充電樁本身有一定的技術難度，例如如何提高樁的功率密度、內(nèi)部散熱如何處理、如何平衡充電站的波峰波谷等等一系列問題，與現(xiàn)在市面上快充樁不論是電路拓撲、熱管理方式、功率器件的需求都有非常大的區(qū)別，并不是簡單的功率提升；同時對車身上的充電管理和動力電池等部件而言，也需要專門的設計來匹配這么大的充電功率，這對成本和可靠性、壽命都帶來非常大的挑戰(zhàn)。

談到SiC在充電樁上的應用情況，森國科總經(jīng)理楊承晉在接受電子發(fā)燒友網(wǎng)采訪時表示，現(xiàn)階段SiC二極管的需求量較大，而使用SiC MOSFET+SiC二極管的“全碳化硅”充電樁方案也有在設計中。

“從今年的情況來看，隨著SiC二極管的降本，SiC在充電樁產(chǎn)品上的應用滲透速度是加快了的。特別是在1200V等級下，SiC二極管的性價比已經(jīng)追趕上同樣是1200V的硅基二極管?！?/span>

據(jù)楊承晉介紹，硅基二極管與SiC二極管在650V規(guī)格下價格差距可能還比較大，但是目前大功率充電樁普遍采用高壓小電流方案，電壓達到800V甚至1000V。所以在充電樁中要提高耐壓的話，需要用到2顆650V硅基二極管串聯(lián)，但如果用SiC二極管，可以只需要一顆1200V的產(chǎn)品，性價比相對較高。

目前SiC MOSFET在充電樁上應用不多，不過楊承晉也提到公司的SiC MOSFET產(chǎn)品仍處于供不應求的階段。

盡管SiC是有廣闊的應用前景，但現(xiàn)階段的市場上，新能源汽車中的主流功率器件依然是硅基的產(chǎn)品，充電樁同樣如此。


“充電更快”帶動功率器件市場

充電站建設中，主要成本來自充電樁硬件設備。具體拆分充電樁硬件設備，以常見功率120kW左右的直流充電樁為例，其設備構成包括充電模塊、配電濾波設備、監(jiān)控計費設備、電池維護設備等，充電模塊占比最高達50%。

當前，新能源車主們對充電最大的訴求還是更快，這就對充電模塊提出了相關要求。充電模塊中的元器件主要包括功率器件、磁性元件、電容、PCB等。主要成本構成為：功率器件（30%）、磁性元件（25%）、電容（10%）、PCB（10%），其他如機箱風扇等占 15%。

不難看出，功率器件是實現(xiàn)電能轉換的核心元件。新能源汽車的發(fā)展，對充電樁提出了高功率密度、大功率以及高效率等需求。在充電樁中，高壓超級結MOSFET因其高效率低阻抗的特點成為快充主流選擇，2025年全球直流樁SJ MOS 市場規(guī)模有望超20億元。直流充電樁則通過自帶的AC/DC充電模塊將輸入的交流電轉為直流電，不通過OBC直接完成變壓整流。超級結 MOSFET 因其更低的導通損耗、開關損耗、高可靠性、高功率密度，已成為主流的大功率充電樁功率器件應用產(chǎn)品。

據(jù)英飛凌統(tǒng)計，100kW的充電樁需要功率器件價值量在200-300美元，預計隨著充電樁的不斷建設，2025年全球直流樁超級結MOSFET市場規(guī)模有望超20億元，將充分受益于充電樁的快速發(fā)展。

碳化硅材料在充電樁領域也越來越有潛力。市場競爭激烈導致對系統(tǒng)整體成本下降的要求，惡劣環(huán)境下（如高溫高濕煙霧灰塵等）長時間工作導致可靠性問題，建設用地緊張導致對充電樁更高的功率密度要求，運營商因成本壓力而提出越來越高的整機效率要求等等。面對這些技術挑戰(zhàn)，越來越多的充電樁模塊工程師開始尋求第三代功率半導體碳化硅解決方案，以實現(xiàn)使用更少的器件滿足更大的單機容量要求。

此外，充電樁的一些新的技術方向，如大功率化（比如30kW及以上）以實現(xiàn)電動車的快速充電，雙向充電功能以實現(xiàn)能量的回饋，更高更寬的輸出電壓范圍（比如200V—750V甚至到1000V）以覆蓋各種不同新能源車型電池等等，這些新的技術發(fā)展方向也給碳化硅半導體提供了巨大的應用機會。