- 整體解決方案概覽
- 功率器件供應(yīng)廠商的機會
- 智能控制方案
- 趨勢和挑戰(zhàn)
- 逆變器在太陽能和風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用
- DMPPT技術(shù)在智能控制方面應(yīng)用
在太陽能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器是重要的一環(huán)。目前大型太陽能發(fā)電站均采用三相逆變器，功能不僅限于簡單的交直流變換，而是擴展到了斷開電路、避免電路因電流突變而損壞，以及能為電池充電、對數(shù)據(jù)的使用和性能進行存儲，跟蹤最大功率點(MPPT)等，以盡可能提高發(fā)電的效率。
太陽能發(fā)電的復(fù)雜性還對智能控制方案提出了一定要求。如何更可靠地追蹤角度？DMPPT方案的好處在哪里？有哪些廠商提供方案？本期專題特別針對逆變器設(shè)計和智能控制技術(shù)展開討論，并通過業(yè)內(nèi)專家的評論，分析展望了太陽能發(fā)電所面臨的趨勢和挑戰(zhàn)。
整體解決方案概覽
下圖是太陽能/風(fēng)能發(fā)電示意圖，我們可以看到逆變器在其中發(fā)揮的作用。
太陽能發(fā)電系統(tǒng)對半導(dǎo)體器件有什么樣的要求？這篇文章可以告訴大家。A/D轉(zhuǎn)換器、整流器、IGBT模塊、驅(qū)動、傳感、MCU以及電容等元器件廠商都有望在新得市場上獲得契機。這些器件中，最重要的是逆變器，它的任務(wù)是把光伏單元可變的直流電壓輸出轉(zhuǎn)換為清潔的50Hz或60Hz的正弦電壓源，為了保證輸出電壓的穩(wěn)定，需要一系列器件的配合，例如傳感器來跟蹤太陽方位角、A/D轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，MCU來實現(xiàn)穩(wěn)定輸出的算法……那么主流半導(dǎo)體和元器件廠商是如何針對新能源市場打造解決方案的？我們將業(yè)界的趨勢和熱點作一次總結(jié)，希望對讀者提供一定參考。
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功率器件供應(yīng)廠商的機會
太陽能逆變器增長的需求對功率器件供應(yīng)商而言有很大機會，國際大廠商就包括IR、英飛凌、ST、飛兆、東芝、Vishay和Mitsubishi等等。
逆變器性能對發(fā)電系統(tǒng)的效率至關(guān)重要。太陽能逆變器目前的電路形式就比較單一，主要還是三相逆變橋，作為光伏系統(tǒng)中可靠性最低的組件，逆變器所使用的半導(dǎo)體器件本身的性能和設(shè)計使用非常關(guān)鍵。”
英飛凌的IGBT模塊解決方案是從芯片到整個模塊拓撲結(jié)構(gòu)的整體方案。今年推出了新的 PrimePack 3 產(chǎn)品型號為FF1400R17IP4，電壓為1700 V，電流為1400 A，大大拓寬了PrimePACK系列的功率范圍。新的IGBT3和IGBT4還增加了650V的器件，較之之前的600V產(chǎn)品，耐壓增加了50V，對器件來說能得到更充分的應(yīng)用。英飛凌的核心競爭力還包括壓接焊技術(shù)。這種高效的PCB安裝技術(shù)能將生產(chǎn)效率在手工焊的基礎(chǔ)上提高10倍，之前在汽車和工業(yè)通訊行業(yè)已經(jīng)得到了成熟應(yīng)用。它簡潔的安裝流程 減少了模塊的裝配時間。同時降低FIT率、實現(xiàn)IGBT模塊的無鉛化裝配方面有很大優(yōu)勢。E4系列就全面采用了壓接焊技術(shù)。
IR為太陽能業(yè)界提供多元化的功率管理產(chǎn)品，特別是家用、商用及公用業(yè)務(wù)級別應(yīng)用的串式逆變器。IRMOSFET及IGBT技術(shù)發(fā)揮了先進的效能，能幫助系統(tǒng)減低功率耗散?？捎糜趩蜗蚝腿虻奶柲苣孀兤魍負洹R的IGBT產(chǎn)品功率范圍覆蓋5KW至30KW及以上，電壓范圍在600V至1200V。
另外飛兆半導(dǎo)體、ST都有相關(guān)的產(chǎn)品和強大的技術(shù)，相關(guān)產(chǎn)品和信息都可以在這些供應(yīng)商的網(wǎng)站找到。
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光伏逆變器：中國供應(yīng)商概況與全球廠商排名
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太陽能逆變電源市場發(fā)展預(yù)測
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智能控制方案
ST、飛思卡爾、國家半導(dǎo)體、Microchip和英飛凌等都在太陽能智能控制方案上大展拳腳。
我們知道，MPPT可自動調(diào)整太陽能發(fā)電系統(tǒng)的輸出電路，補償太陽能由于強度、陰影、溫度變化、電池板失匹或老化等可變因素引起的功率損耗。在沒有應(yīng)用 MPPT技術(shù)以前，光伏板上很小的陰影就會導(dǎo)致輸出功率降低10%到20%，這種不成比例的降低可能限制電廠選址，為避免陰影產(chǎn)生的不利影響迫使選用更小 的光電板陣列，在某些情況下，甚至還會改變項目的可行性。MPPT技術(shù)中，分立MPPT（DMPPT）能單獨補償每塊光伏板的輸出；而集中式MPPT方案則是對整個光電板陣列應(yīng)用一個“最佳配合”的補償功能。
美國國際半導(dǎo)體的SolarMagic能大大提高電池板的發(fā)電效率，可以參考Solar Magic的主頁：http://www.solarmagic.com/。有關(guān)SolarMagic電源優(yōu)化器芯片組的實地測試數(shù)據(jù)表明，即使測試現(xiàn)場被陰影遮蔽，并且系統(tǒng)發(fā)生失配問題， SolarMagic芯片組的太陽能系統(tǒng)仍然能夠保證工作。美國國際半導(dǎo)體和尚德已展開了合作，根據(jù)尚德提供的數(shù)據(jù)，SolarMagic芯片組能在上述條件下，挽回平均50%發(fā)電量損失，在部分情況下最高可挽回75%的發(fā)電量損失。
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SunPower太陽能電池轉(zhuǎn)換效率破紀錄
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趨勢和挑戰(zhàn)
清潔能源的發(fā)展已經(jīng)使大勢所趨，無論近期市場有任何波動，大方向仍是不會變的。
以前對光伏發(fā)電進行經(jīng)濟性評估時，測算結(jié)果為實現(xiàn)1000瓦的光伏發(fā)電，需要3萬元人民幣。時隔不到一年，成本已大幅下降到1.5萬元，光伏發(fā)電的成本控制還在繼續(xù)下降，甚至?xí)平?.2萬元。“以太陽能電池發(fā)展為核心的能源革命，已經(jīng)不再是一個技術(shù)問題，而是何時啟動、如何拉開一個新時代大幕的問題，這需要國家的特別支持政策與高效發(fā)展方略，需要企業(yè)充分自主創(chuàng)新和全力發(fā)揮作用。——《能源革命：改變21世紀》合著者劉漢元
除了集熱管技術(shù)含量較高以外，光熱發(fā)電并不涉及什么高深的技術(shù)。汽輪機是現(xiàn)成的，而集熱鏡片和支架等配套設(shè)備，只要市場開啟，配套廠商將會蜂擁而至。——中科院電工所研究員馬勝紅
雖然2009年光伏逆變器市場萎縮了25%以上，但預(yù)計全球光伏逆變器市場將在2010年到2013年恢復(fù)生機，達到41億美元以上的規(guī)模。相應(yīng)的，2010年到2013年光伏逆變器付運量預(yù)計每年將增長20%左右。——飛兆半導(dǎo)體HVPCIA部門工業(yè)功率系統(tǒng)市場推廣經(jīng)理鄭相珉
無論是來自專家的評論還是市場調(diào)研公司的預(yù)測，都表明太陽能和風(fēng)能發(fā)電已是大勢所趨，前景非常廣闊。那么對各種能量轉(zhuǎn)化技術(shù)的優(yōu)劣和挑戰(zhàn)業(yè)內(nèi)專家如何評價？
“傳統(tǒng)的太陽能系統(tǒng)有其結(jié)構(gòu)性的缺陷，以致系統(tǒng)性能無法得到充分發(fā)揮，而且系統(tǒng)的使用時間越長，效率便越低，這些缺點限制了太陽能系統(tǒng)的市場發(fā)展，令太陽能系統(tǒng)無法普及起來。——NSC亞太區(qū)核心市場業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)張耀強
我們的科研投入及技術(shù)積累不足，尚未建立從基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)、裝備到產(chǎn)業(yè)化的可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)支撐體系。我國太陽能熱發(fā)電的自主創(chuàng)新能力和持續(xù)發(fā)展能力，與發(fā)達國家相比尚存在較大差距。——中國科學(xué)院電工研究所副所長許洪華
較之風(fēng)電、光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)，我國光熱發(fā)電尚處于起步階段，缺乏相關(guān)安裝經(jīng)驗和運營經(jīng)驗，所以國內(nèi)大的電力公司在做這類項目時大多采取和國外企業(yè)合作的形式。這也成為制約我國光熱發(fā)電發(fā)展的瓶頸。——中投顧問能源行業(yè)首席研究員姜謙
從業(yè)界評論可以發(fā)現(xiàn)，以太陽能/風(fēng)能為代表的新能源產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)多數(shù)仍是由產(chǎn)業(yè)的成熟度引發(fā)的，技術(shù)越來越成熟的今天，缺乏人才、缺乏安裝運營經(jīng)驗可以說是最為主要的問題。在技術(shù)積累方面，半導(dǎo)體和元器件廠商仍有更多的發(fā)揮空間：不只是提供產(chǎn)品，而是解決方案級別的技術(shù)支持。
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在太陽能、風(fēng)能等清潔能源成為越來越明顯的趨勢的時候，產(chǎn)業(yè)鏈的整合和完善業(yè)之日可待。未來隨著半導(dǎo)體廠商更深的介入，例如直接和面板廠商進行合作，或是像ST一樣，甚至直接變成面板廠商，太陽能光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率即將得到更大的提高，而成本無疑將逐漸下降——這時，行業(yè)的成熟度更高。另外，隨著并網(wǎng)發(fā)電的相關(guān)法規(guī)日益完善，智能電網(wǎng)建設(shè)的逐步推進，在日常生活中使用清潔能源也指日可待。
