Source: This article comes from John Palmour, chief technical officer of Wolfspeed, Cree.

تشهد العديد من أنظمة الطاقة تحولاً من تقنية السيليكون (Si) إلى تقنية كربيد السيليكون (SiC). ويمثل هذا التحول أكبر تغيير يشهده قطاع أشباه الموصلات منذ التحول من أشباه الموصلات ثنائية القطب إلى ترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة (IGBT) في ثمانينيات القرن الماضي. ويأتي هذا التحول في وقت تشهد فيه العديد من الصناعات المتأثرة به فترة تغييرات جذرية غير مسبوقة. فمن صناعة السيارات إلى الطاقة الشمسية، بات من المستحيل تجاهل مزايا كربيد السيليكون (SiC). وبينما تشهد هذه الصناعات تغييرات كبيرة، تعمل جميع الشركات الكبرى على دمج كربيد السيليكون (SiC) بشكل أكبر في تقنياتها.

تُعدّ صناعة السيارات مثالاً بارزاً على الصناعات الحديثة التي تشهد تحولات غير مسبوقة. فخلال العقد القادم، ستنتقل هذه الصناعة من محركات الاحتراق الداخلي إلى السيارات الكهربائية. ويلعب تحويل السيليكون (Si) إلى كربيد السيليكون (SiC) دوراً هاماً في رفع كفاءة السيارات الكهربائية لتلبية متطلبات المستهلكين، مع الالتزام في الوقت نفسه باللوائح الحكومية المتعلقة بآثار تغير المناخ. وتساهم حلول كربيد السيليكون (SiC) في الارتقاء بالسيارات الكهربائية إلى مستوى جديد، من خلال تحسين تطبيقات مثل البنية التحتية للشحن السريع، ومحولات الطاقة، ومصادر الطاقة، فضلاً عن تمكينها من تحقيق تقدم في مجالات الاتصالات، والقطاع العسكري، والفضاء.

الشكل 1. موظفو شركة كري في المختبر

فرص السيارات الكهربائية

أعلنت شركات صناعة السيارات، بما فيها تسلا وفورد وفولكس فاجن، عن خطط لاستثمار أكثر من 300 مليار دولار في السيارات الكهربائية خلال العقد المقبل، مع استمرار نمو طلب المستهلكين وتشديد اللوائح الحكومية. ويتوقع المحللون أن تشكل السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات 15% من أسطول السيارات بحلول عام 2030. ونتيجة لذلك، سيشهد سوق مكونات كربيد السيليكون (SiC) المستخدمة في السيارات الكهربائية نموًا هائلاً في السنوات القادمة.

مع التركيز المتزايد على الكهرباء، لم يعد بإمكان المصنّعين تجاهل مزايا كربيد السيليكون (SiC). يُحسّن كربيد السيليكون (SiC) مدى البطارية، ويرفع من أدائها، ويقلل من أوقات الشحن مقارنةً بتقنية السيليكون (Si) المستخدمة في المركبات الكهربائية التقليدية. ونتيجةً لذلك، أعلن العديد من الموردين عن مبادرات في مجال المركبات الكهربائية بالتعاون مع شركة Cree. فعلى سبيل المثال، تعمل شركة Delphi Technologies على تطوير أنظمة عاكسات أكثر كفاءةً وأصغر حجمًا وأخف وزنًا باستخدام أشباه موصلات كربيد السيليكون (SiC)، بينما تعمل مجموعة ZF على تطوير أنظمة دفع كهربائية بالكامل. كما تقوم مجموعة ABB بتطوير وتوريد أنظمة طاقة متنوعة تعتمد على كربيد السيليكون (SiC).

تحسين كفاءة

يتميز كربيد السيليكون (SiC) بانخفاض كبير في خسائر التبديل مقارنةً بترانزستورات IGBT المصنوعة من السيليكون (Si). إضافةً إلى ذلك، لا تحتوي أجهزة كربيد السيليكون على جهد داخلي، وبالتالي فإن خسائر التوصيل فيها أقل بكثير. ونتيجةً لذلك، يتمتع كربيد السيليكون (SiC) بكثافة طاقة أعلى، ووزن أخف، ويعمل بترددات أعلى. في اختبار حديث للسيارات، نجحت تقنية كربيد السيليكون (SiC) من شركة Cree في خفض خسائر العاكس بنسبة 78% تقريبًا مقارنةً بالسيليكون (Si).

في عالم السيارات، يمكن الاستفادة من هذه التحسينات في الكفاءة في حلول أنظمة نقل الحركة، ومحولات الطاقة، وأجهزة الشحن الداخلية والخارجية. يُمكن لكربيد السيليكون (SiC) زيادة الكفاءة الإجمالية للسيارات الكهربائية بنسبة تتراوح بين 5% و10% مقارنةً بالحلول التقليدية القائمة على السيليكون (Si). يُمكن للمصنّعين استغلال هذه الميزة لزيادة مدى القيادة أو تقليل الحاجة إلى البطاريات الضخمة والمكلفة. إضافةً إلى ذلك، يُقلل كربيد السيليكون (SiC) من متطلبات التبريد، ويوفر المساحة، كما أنه أخف وزنًا من الحلول القائمة على السيليكون (Si). يُستخدم كربيد السيليكون (SiC) أيضًا في أجهزة الشحن السريع، التي تزيد حاليًا مدى القيادة بمقدار 75 ميلًا في غضون 5 دقائق فقط.

أدى الانخفاض المستمر في تكلفة حلول كربيد السيليكون (SiC) إلى زيادة استخدامها. فعلى سبيل المثال، تُقدّر قيمة مكونات كربيد السيليكون (SiC) المستخدمة في السيارات الكهربائية بما يتراوح بين 250 و500 دولار أمريكي (بحسب متطلبات الطاقة). ويمكن أن تصل الوفورات الإجمالية لمصنّعي السيارات في تكلفة البطاريات، وحجم ووزن البطاريات والعاكسات، ومتطلبات التبريد إلى 2,000 دولار أمريكي لكل سيارة كهربائية. وبينما توجد عوامل أخرى كثيرة تدفع إلى التحوّل من السيليكون (Si) إلى كربيد السيليكون (SiC)، فإن هذه النقطة تُعدّ أساسية.

خارج صناعة السيارات

يمثل الطلب من قطاع السيارات ما يقارب نصف فرصة شركة كري في مجال كربيد السيليكون (SiC) البالغة 9 مليارات دولار، بينما تُعدّ قطاعات الطاقة الشمسية والفضاء والدفاع والبنية التحتية للاتصالات من المحركات الرئيسية الأخرى للطلب. ووفقًا لتقديرات حديثة من شركة كاناكورد جينويتي، سيتجاوز الطلب على كربيد السيليكون (SiC) 20 مليار دولار بحلول عام 2030.

图2. كري 650 فولت موسفيت

تُساعد أجهزة الطاقة المصنوعة من كربيد السيليكون (SiC) الشركات الصناعية وشركات الطاقة على تحقيق أقصى استفادة من الطاقة والمساحة. يُضفي كربيد السيليكون (SiC) على مصادر الطاقة الصناعية عالية التردد وأنظمة الطاقة غير المنقطعة كفاءةً وكثافة طاقة أعلى ووزنًا أخف، وتفوق فوائده تكلفته بكثير. في هذه المجالات، تعني الكفاءة العالية أرباحًا أعلى.

في مجال إلكترونيات الطاقة، يُعدّ كربيد السيليكون (SiC) أكثر كفاءةً من السيليكون (Si) بثلاثة أضعاف، مما يجعل أنظمة الجهد العالي أخف وزنًا وأصغر حجمًا وأكثر كفاءةً وأقل تكلفة. وقد بلغ هذا الأداء المتميز حدًا لا يُمكن تجاهله، ولم يعد بإمكان المصنّعين تجاهله إذا أرادوا الحفاظ على قدرتهم التنافسية في السوق الحالية.

مستقبل أشباه الموصلات

لطالما شكلت التكلفة عائقًا رئيسيًا أمام استخدام كربيد السيليكون (SiC). ولكن مع استمرار زيادة الإنتاج وتراكم الخبرة، تستمر تكاليفه في الانخفاض. ونتيجة لذلك، أصبحت عملية تصنيعه أكثر كفاءة ودقة. علاوة على ذلك، يدرك العملاء أن القيمة الحقيقية لكربيد السيليكون (SiC) تكمن في مستوى النظام ككل وليس في مقارنات مستوى الجهاز. ولتلبية احتياجات مختلف الصناعات، سيشهد تصنيع كربيد السيليكون (SiC) مزيدًا من التحسين، وسيستمر الإنتاج في النمو، وسيستمر سعره في الانخفاض. وبالنظر إلى شركة Cree كمثال، فقد استثمرت الشركة على نطاق واسع لتلبية هذه الاحتياجات، بما في ذلك بناء مصنع في ولاية نيويورك يستخدم أحدث التقنيات ويلبي معايير صناعة السيارات، مما سيرفع الطاقة الإنتاجية إلى أكثر من 30 ضعفًا مقارنةً بعام 2017.

لم يعد الانتقال من السيليكون (Si) إلى كربيد السيليكون (SiC) مسألة وقت أو احتمال، بل أصبح واقعًا ملموسًا. من المثير أن نكون جزءًا لا يتجزأ من هذه التحولات الهائلة في العديد من الصناعات. مستقبل هذه الصناعات ليس ثابتًا، وسنشهد بلا شك تغيرات غير مسبوقة. أما الشركات المصنعة القادرة على التكيف السريع مع هذه التغيرات، فستجني ثمارًا يانعة.

ملاحظة: هذه المقالة مأخوذة من الإنترنت وتدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يُرجى ذكر المصدر الأصلي والمؤلف عند إعادة نشرها. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.

رقم هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس: +86-0755-83975897
بريد إلكتروني: 1615456225@qq.com
س: 3518641314 مدير لي

ف ف: 332496225 مدير تشيو

العنوان: الغرفة 809، المبنى ج، مبنى زانتاو للتكنولوجيا، رقم 1079 شارع مينزي، منطقة لونغهوا الجديدة، شنتشن