- 整體解決方案概覽
- 功率器件供應廠商的機會
- 智能控制方案
- 趨勢和挑戰
- 逆變器在太陽能和風能發電系統應用
- DMPPT技術在智能控制方面應用
在太陽能發電和風能發電系統中，逆變器是重要的一環。目前大型太陽能發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、對數據的使用和性能進行存儲，跟蹤最大功率點(MPPT)等，以盡可能提高發電的效率。
太陽能發電的復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計和智能控制技術展開討論，并通過業內專家的評論，分析展望了太陽能發電所面臨的趨勢和挑戰。
整體解決方案概覽
下圖是太陽能/風能發電示意圖，我們可以看到逆變器在其中發揮的作用。
太陽能發電系統對半導體器件有什么樣的要求？這篇文章可以告訴大家。A/D轉換器、整流器、IGBT模塊、驅動、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，它的任務是把光伏單元可變的直流電壓輸出轉換為清潔的50Hz或60Hz的正弦電壓源，為了保證輸出電壓的穩定，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轉換器來實現數據轉換，MCU來實現穩定輸出的算法……那么主流半導體和元器件廠商是如何針對新能源市場打造解決方案的？我們將業界的趨勢和熱點作一次總結，希望對讀者提供一定參考。
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功率器件供應廠商的機會
太陽能逆變器增長的需求對功率器件供應商而言有很大機會，國際大廠商就包括IR、英飛凌、ST、飛兆、東芝、Vishay和Mitsubishi等等。
逆變器性能對發電系統的效率至關重要。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，作為光伏系統中可靠性最低的組件，逆變器所使用的半導體器件本身的性能和設計使用非常關鍵。”
英飛凌的IGBT模塊解決方案是從芯片到整個模塊拓撲結構的整體方案。今年推出了新的 PrimePack 3 產品型號為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產品，耐壓增加了50V，對器件來說能得到更充分的應用。英飛凌的核心競爭力還包括壓接焊技術。這種高效的PCB安裝技術能將生產效率在手工焊的基礎上提高10倍，之前在汽車和工業通訊行業已經得到了成熟應用。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IGBT模塊的無鉛化裝配方面有很大優勢。E4系列就全面采用了壓接焊技術。
IR為太陽能業界提供多元化的功率管理產品，特別是家用、商用及公用業務級別應用的串式逆變器。IRMOSFET及IGBT技術發揮了先進的效能，能幫助系統減低功率耗散。可用于單向和三向的太陽能逆變器拓撲。IR的IGBT產品功率范圍覆蓋5KW至30KW及以上，電壓范圍在600V至1200V。
另外飛兆半導體、ST都有相關的產品和強大的技術，相關產品和信息都可以在這些供應商的網站找到。
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智能控制方案
ST、飛思卡爾、國家半導體、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可自動調整太陽能發電系統的輸出電路，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。在沒有應用 MPPT技術以前，光伏板上很小的陰影就會導致輸出功率降低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用一個“最佳配合”的補償功能。
美國國際半導體的SolarMagic能大大提高電池板的發電效率，可以參考Solar Magic的主頁：http://www.solarmagic.com/。有關SolarMagic電源優化器芯片組的實地測試數據表明，即使測試現場被陰影遮蔽，并且系統發生失配問題， SolarMagic芯片組的太陽能系統仍然能夠保證工作。美國國際半導體和尚德已展開了合作，根據尚德提供的數據，SolarMagic芯片組能在上述條件下，挽回平均50%發電量損失，在部分情況下最高可挽回75%的發電量損失。
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趨勢和挑戰
清潔能源的發展已經使大勢所趨，無論近期市場有任何波動，大方向仍是不會變的。
以前對光伏發電進行經濟性評估時，測算結果為實現1000瓦的光伏發電，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，光伏發電的成本控制還在繼續下降，甚至會逼近1.2萬元。“以太陽能電池發展為核心的能源革命，已經不再是一個技術問題，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展方略，需要企業充分自主創新和全力發揮作用。——《能源革命：改變21世紀》合著者劉漢元
除了集熱管技術含量較高以外，光熱發電并不涉及什么高深的技術。汽輪機是現成的，而集熱鏡片和支架等配套設備，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，但預計全球光伏逆變器市場將在2010年到2013年恢復生機，達到41億美元以上的規模。相應的，2010年到2013年光伏逆變器付運量預計每年將增長20%左右。——飛兆半導體HVPCIA部門工業功率系統市場推廣經理鄭相珉
無論是來自專家的評論還是市場調研公司的預測，都表明太陽能和風能發電已是大勢所趨，前景非常廣闊。那么對各種能量轉化技術的優劣和挑戰業內專家如何評價？
“傳統的太陽能系統有其結構性的缺陷，以致系統性能無法得到充分發揮，而且系統的使用時間越長，效率便越低，這些缺點限制了太陽能系統的市場發展，令太陽能系統無法普及起來。——NSC亞太區核心市場業務發展總監張耀強
我們的科研投入及技術積累不足，尚未建立從基礎研究、關鍵技術、裝備到產業化的可持續發展的產業支撐體系。我國太陽能熱發電的自主創新能力和持續發展能力，與發達國家相比尚存在較大差距。——中國科學院電工研究所副所長許洪華
較之風電、光伏發電等產業，我國光熱發電尚處于起步階段，缺乏相關安裝經驗和運營經驗，所以國內大的電力公司在做這類項目時大多采取和國外企業合作的形式。這也成為制約我國光熱發電發展的瓶頸。——中投顧問能源行業首席研究員姜謙
從業界評論可以發現，以太陽能/風能為代表的新能源產業面臨的挑戰多數仍是由產業的成熟度引發的，技術越來越成熟的今天，缺乏人才、缺乏安裝運營經驗可以說是最為主要的問題。在技術積累方面，半導體和元器件廠商仍有更多的發揮空間：不只是提供產品，而是解決方案級別的技術支持。
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在太陽能、風能等清潔能源成為越來越明顯的趨勢的時候，產業鏈的整合和完善業之日可待。未來隨著半導體廠商更深的介入，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，太陽能光伏發電的轉換效率即將得到更大的提高，而成本無疑將逐漸下降——這時，行業的成熟度更高。另外，隨著并網發電的相關法規日益完善，智能電網建設的逐步推進，在日常生活中使用清潔能源也指日可待。
