উচ্চ-ভোল্টেজ ডায়োডের জন্য নবায়নযোগ্য শক্তির উত্থান কোন নতুন চাহিদা সৃষ্টি করে?

 

1, প্রযুক্তিগত পরামিতিগুলির অগ্রগতি: কিলোভোল্ট থেকে হাজার হাজার ভোল্ট পর্যন্ত

ঐতিহ্যগত উচ্চ ভোল্টেজ ডায়োডগুলি প্রধানত শিল্প ফ্রিকোয়েন্সি রূপান্তরকারী, রেল ট্রানজিট এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যবহৃত হয়, অপারেটিং ভোল্টেজগুলি বেশিরভাগ 600V-1700V পরিসরে কেন্দ্রীভূত হয়। যাইহোক, পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি গ্রিড একীকরণের সম্প্রসারণের সাথে, পাওয়ার সিস্টেমটি উচ্চ-ভোল্টেজ ডায়োডগুলির প্রতিরোধী ভোল্টেজ স্তরের জন্য নতুন প্রয়োজনীয়তাগুলি সামনে রেখে দিয়েছে:

ডিসি ট্রান্সমিশন সিস্টেমে ভোল্টেজ জাম্প

ফটোভোলটাইক পাওয়ার প্ল্যান্ট এবং বায়ু খামারের সংগ্রহ ব্যবস্থায়, ডিসি সংগ্রহ প্রযুক্তি মূলধারায় পরিণত হচ্ছে। কিংহাই প্রদেশের তালাটান ফটোভোলটাইক বেসকে উদাহরণ হিসাবে নিলে, ± 800kV আল্ট্রা-উচ্চ ভোল্টেজের সরাসরি বর্তমান ট্রান্সমিশন লাইনের জন্য ডায়োডকে 10kV-এর বেশি একটি বিপরীত পিক ভোল্টেজ সহ্য করার প্রয়োজন হয়। তাইজি সেমিকন্ডাক্টর দ্বারা তৈরি উল্লম্ব কাঠামো সিলিকন কার্বাইড (SiC) ডায়োড গভীর ট্রেঞ্চ এচিং এবং এপিটাক্সিয়াল গ্রোথ প্রযুক্তির মাধ্যমে একটি 12kV প্রতিরোধী ভোল্টেজ স্তর অর্জন করেছে এবং বিপরীত পুনরুদ্ধারের সময়কে 50 ন্যানোসেকেন্ডে সংক্ষিপ্ত করা হয়েছে, যা প্রথাগত সিলিকবাস ডিভাইসের চেয়ে 80% বেশি{8}।

অফশোর বায়ু শক্তির চরম পরিবেশগত অভিযোজন

ভাসমান অফশোর উইন্ড পাওয়ার প্ল্যাটফর্ম লবণ স্প্রে এবং ডায়োডের জারা প্রতিরোধের জন্য কঠোর মান নির্ধারণ করে। ওয়েইহাই হুয়াজি ইলেক্ট্রনিক্স দ্বারা তৈরি ধাতব এনক্যাপসুলেটেড হাই ভোল্টেজ ডায়োড হাইড্রোজেন আর্ক এক্সটিংগুইশিং এবং সিরামিক সাবস্ট্রেট প্রযুক্তি গ্রহণ করে এবং এখনও 95% আর্দ্রতা এবং 5% লবণ স্প্রে ঘনত্ব সহ পরিবেশে স্থিরভাবে কাজ করতে পারে। এর আয়ুষ্কাল 200000 ঘন্টা অতিক্রম করেছে এবং এটি Dongfang Electric এর 15MW অফশোর উইন্ড টারবাইন ইনভার্টারের জন্য মনোনীত উপাদান হয়ে উঠেছে।

শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থার চার্জ এবং স্রাব ব্যবস্থাপনা

Ningde Times-এর শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থায়, ব্যালেন্সিং ডায়োডকে ব্যাটারি প্যাক চার্জিং এবং ডিসচার্জ করার সময় ক্ষণস্থায়ী উচ্চ ভোল্টেজের প্রভাব সহ্য করতে হবে। ব্যবহৃত 5.1V ভোল্টেজ রেগুলেটর ডায়োড সোনার ডোপিং প্রযুক্তির মাধ্যমে প্রথাগত ডিভাইসের বিপরীতে রিকভারি চার্জ (Qrr) এক-তৃতীয়াংশে কমিয়ে দেয়, ব্যাটারির আয়ু 20% প্রসারিত করে এবং ভারসাম্যের কার্যকারিতা 99.5% বৃদ্ধি করে।

2, অ্যাপ্লিকেশন পরিস্থিতির গভীর সম্প্রসারণ: একক ফাংশন থেকে সিস্টেম ইন্টিগ্রেশন পর্যন্ত

পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তির ওঠানামা বৈশিষ্ট্যগুলি প্রচলিত সংশোধন ফাংশন থেকে সিস্টেম স্তরের সমাধানগুলিতে উচ্চ-ভোল্টেজ ডায়োডের বিবর্তনকে চালিত করে:

ফটোভোলটাইক ইনভার্টারের দক্ষতার বিপ্লব

Huawei SUN2000-50KTL-H1 সিরিজের ইনভার্টারে, MUR1680CT আল্ট্রা ফাস্ট রিকভারি ডায়োড (trr=80ns) IGBT-এর সাথে সমান্তরাল বিরোধী ব্যবহার করা হয়, যা সুইচিং লস 40% কমিয়ে দেয়। হালকা লোড অবস্থার অধীনে, এর নরম পুনরুদ্ধারের বৈশিষ্ট্যগুলি কার্যকরভাবে ভোল্টেজ স্পাইকগুলিকে দমন করে, ইউরো দক্ষতা বৃদ্ধি করে 98.7%, যা ঐতিহ্যগত সমাধানগুলির তুলনায় 1.2 শতাংশ পয়েন্ট বেশি।

উইন্ড পাওয়ার কনভার্টারের নির্ভরযোগ্যতা আপগ্রেড

গোল্ডউইন্ড টেকনোলজির 2.5MW উইন্ড টারবাইনে ব্যবহৃত SiC Schottky ডায়োড -40 ডিগ্রি থেকে 150 ডিগ্রি তাপমাত্রার সীমার মধ্যে স্থিতিশীল বৈশিষ্ট্য বজায় রাখে এবং কন্ডাকশন ভোল্টেজ ড্রপ (VF) ক্রমবর্ধমান তাপমাত্রার সাথে একটি নেতিবাচক তাপমাত্রা সহগ দেখায়, সমান্তরাল ব্যবহারের সময় স্থানীয় অত্যধিক গরমের কারণে ব্যর্থতার ঝুঁকি এড়িয়ে যায়। এই ডিভাইসটি ইনভার্টারের MTBF (ব্যর্থতার মধ্যবর্তী সময়) 200000 ঘন্টা অতিক্রম করতে সক্ষম করেছে এবং বার্ষিক ব্যর্থতার হার 0.3% এর নিচে কমিয়েছে।

হাইড্রোজেন শক্তি শিল্প চেইন জন্য মূল সমর্থন

ইলেক্ট্রোলাইসিস হাইড্রোজেন প্রোডাকশন সিস্টেমে, উচ্চ-ভোল্টেজ ডায়োডগুলিকে ইলেক্ট্রোলাইসিস সেলের ঘন ঘন স্টার্ট স্টপের কারণে ভোল্টেজের ওঠানামা সহ্য করতে হয়। সিলান মাইক্রোইলেক্ট্রনিক্স দ্বারা তৈরি TVS (ট্রানজিয়েন্ট ভোল্টেজ সাপ্রেসিং ডায়োড) এর ক্ল্যাম্পিং ভোল্টেজের নির্ভুলতা ± 1% এবং প্রতিক্রিয়া সময় 1 পিকোসেকেন্ডের কম, কার্যকরভাবে PEM ইলেক্ট্রোলাইসিস কোষের মেমব্রেন ইলেক্ট্রোড উপাদানগুলিকে রক্ষা করে এবং 78% ওভার হাইড্রোজেন সিস্টেমের উত্পাদন দক্ষতা বজায় রাখে।

3, উপাদান উদ্ভাবনের দৃষ্টান্ত পরিবর্তন: সিলিকন-থেকে প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপে

নবায়নযোগ্য শক্তি ব্যবস্থায় শক্তি দক্ষতার চূড়ান্ত সাধনা উচ্চ-ভোল্টেজ ডায়োড উপাদান সিস্টেমের ত্বরিত পুনরাবৃত্তিকে চালিত করে

সিলিকন কার্বাইডের বড় আকারের প্রয়োগ (SiC)

Infineon CoolSiC™ সিরিজের 1200V ডায়োডের 25 ডিগ্রী জংশন তাপমাত্রায় শুধুমাত্র 35 ন্যানোসেকেন্ডের একটি বিপরীত পুনরুদ্ধারের সময় রয়েছে এবং এটির একটি ইতিবাচক তাপমাত্রা সহগ বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যা সমান্তরালভাবে প্রসারিত করা সহজ করে তোলে। টেসলা V3 সুপারচার্জিং স্টেশনে, এই ডিভাইসটি 350kW চার্জিং মডিউলের পাওয়ার ঘনত্বকে 5kW/in ³ এ বৃদ্ধি করে, যার চার্জিং দক্ষতা 99.2%, যা সিলিকন-ভিত্তিক সমাধানের চেয়ে 1.5 শতাংশ পয়েন্ট বেশি৷

গ্যালিয়াম নাইট্রাইডের RF ব্রেকথ্রু (GaN)

5G বেস স্টেশনগুলির ফটোভোলটাইক পাওয়ার সাপ্লাই সিস্টেমে, Wolfspeed-এর GaN হাই ইলেক্ট্রন মোবিলিটি ট্রানজিস্টর (HEMT) 24GHz-52GHz ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে সংকেত সংশোধন করতে ডায়োডগুলিকে একীভূত করে, যা সিলিকন ডিভাইসের তুলনায় 30% দ্বারা বিদ্যুৎ খরচ কমায়৷ এই প্রযুক্তি বেস স্টেশনগুলির জন্য সৌর বিদ্যুৎ সরবরাহ ব্যবস্থার দৈনিক বিদ্যুৎ উৎপাদন 18% বৃদ্ধি করে এবং বার্ষিক 2 টন কার্বন ডাই অক্সাইড নির্গমন হ্রাস করে।

গ্যালিয়াম অক্সাইডের সীমান্ত অনুসন্ধান (Ga ₂ O ∝)

জাপান ফ্লোরিনেটেড ফ্লুইড টেকনোলজি রিসার্চ ইনস্টিটিউট দ্বারা তৈরি করা Ga ₂ O3 ভিত্তিক ডায়োডের ব্রেকডাউন ফিল্ড শক্তি 8MV/cm, যা সিলিকনের চেয়ে 10 গুণ বেশি। যদিও এটি এখনও পরীক্ষাগার পর্যায়ে রয়েছে, এর তাত্ত্বিক প্রতিরোধ ভোল্টেজের মাত্রা 10kV ছাড়িয়ে যেতে পারে, যা ভবিষ্যতে অতি-উচ্চ ভোল্টেজ সরাসরি বর্তমান ট্রান্সমিশনের জন্য একটি বিঘ্নকারী সমাধান প্রদান করবে বলে আশা করা হচ্ছে।

4, বাজার প্যাটার্নের পুনর্গঠন এবং চ্যালেঞ্জ

নবায়নযোগ্য শক্তির বিস্ফোরক বৃদ্ধি উচ্চ-ভোল্টেজ ডায়োডের বাজারের বাস্তুশাস্ত্রকে নতুন আকার দিচ্ছে:

চাহিদার দিকে কাঠামোগত পরিবর্তন

Yole D é evelopment-এর পূর্বাভাস অনুযায়ী, বিশ্বব্যাপী উচ্চ ভোল্টেজ ডায়োড বাজার 2027 সালের মধ্যে $4.5 বিলিয়ন পৌঁছবে বলে আশা করা হচ্ছে, যেখানে নবায়নযোগ্য শক্তির পরিমাণ 40%-এর বেশি। বিশ্বের বৃহত্তম ফোটোভোলটাইক বাজার হিসেবে, চীনের উচ্চ ভোল্টেজ ডায়োডের চাহিদা 2025 সালের মধ্যে 8 বিলিয়ন ছাড়িয়ে যাবে বলে আশা করা হচ্ছে, যা স্থানীয় উদ্যোগগুলি যেমন সিলান মাইক্রোইলেক্ট্রনিক্স এবং হুয়াটিয়ান টেকনোলজিকে বাজারের 60% এর বেশি দখল করতে চালিত করবে৷

সরবরাহ পার্শ্ব প্রযুক্তি প্রতিযোগিতা

টেক্সাস ইন্সট্রুমেন্টস এবং ইনফিননের মতো আন্তর্জাতিক জায়ান্টগুলি SiC উত্পাদন লাইনের বিন্যাসকে ত্বরান্বিত করছে, যখন চীনা নির্মাতারা উল্লম্ব ইন্টিগ্রেশন মডেলগুলির মাধ্যমে বক্ররেখা অতিক্রম করছে। উদাহরণ স্বরূপ, Sanan Optoelectronics একটি 6-ইঞ্চি SiC ওয়েফার ফ্যাব তৈরি করেছে যার মাসিক 50000 পিস উৎপাদন, এবং এর উচ্চ-ভোল্টেজ ডায়োডের ফলন হার 95%, যার দাম আন্তর্জাতিক সমকক্ষের তুলনায় 20% কম।

স্ট্যান্ডার্ড সিস্টেমের ল্যাগ ঝুঁকি

বর্তমান IEC 60747 স্ট্যান্ডার্ড এখনও সিলিকন ভিত্তিক ডিভাইসগুলিকে বেঞ্চমার্ক হিসাবে ব্যবহার করে, এবং তাপীয় সম্প্রসারণ সহগ এবং প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ উপকরণগুলির প্যাকেজিং স্ট্রেসের মতো পরামিতিগুলিতে উল্লেখযোগ্য পার্থক্য রয়েছে। শিল্পকে জরুরীভাবে নতুন উপকরণ যেমন SiC এবং GaN-এর জন্য উচ্চ ভোল্টেজ ডায়োড পরীক্ষার মান স্থাপন করতে হবে যাতে মানগুলি অনুপস্থিত হওয়ার কারণে গুণমানের ঝুঁকি এড়াতে হয়।