新能源應(yīng)用的中心議題：

• 整體解決方案概覽
• 功率器件供應(yīng)廠商的機(jī)會(huì)
• 智能控制方案
• 趨勢(shì)和挑戰(zhàn)

新能源應(yīng)用的解決方案：

• 逆變器在太陽(yáng)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

太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)對(duì)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(dòng)、傳感、MCU以及電容等元器件廠商都有望在新得市場(chǎng)上獲得契機(jī)。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(lái)跟蹤太陽(yáng)方位角、A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，MCU來(lái)實(shí)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(duì)新能源市場(chǎng)打造解決方案的？我們將業(yè)界的趨勢(shì)和熱點(diǎn)作一次總結(jié)，希望對(duì)讀者提供一定參考。
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功率器件供應(yīng)廠商的機(jī)會(huì)

太陽(yáng)能逆變器增長(zhǎng)的需求對(duì)功率器件供應(yīng)商而言有很大機(jī)會(huì)，國(guó)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(duì)發(fā)電系統(tǒng)的效率至關(guān)重要。太陽(yáng)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(jì)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(gè)模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的整體方案。今年推出了新的 PrimePack 3 產(chǎn)品型號(hào)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(duì)器件來(lái)說(shuō)能得到更充分的應(yīng)用。英飛凌的核心競(jìng)爭(zhēng)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(jiǎn)潔的安裝流程 減少了模塊的裝配時(shí)間。同時(shí)降低FIT率、實(shí)現(xiàn)IGBT模塊的無(wú)鉛化裝配方面有很大優(yōu)勢(shì)。E4系列就全面采用了壓接焊技術(shù)。

IR為太陽(yáng)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(jí)別應(yīng)用的串式逆變器。IRMOSFET及IGBT技術(shù)發(fā)揮了先進(jìn)的效能，能幫助系統(tǒng)減低功率耗散。可用于單向和三向的太陽(yáng)能逆變器拓?fù)?。IR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(qiáng)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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智能控制方案

ST、飛思卡爾、國(guó)家半導(dǎo)體、Microchip和英飛凌等都在太陽(yáng)能智能控制方案上大展拳腳。

我們知道，MPPT可自動(dòng)調(diào)整太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的輸出電路，補(bǔ)償太陽(yáng)能由于強(qiáng)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(méi)有應(yīng)用 MPPT技術(shù)以前，光伏板上很小的陰影就會(huì)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(huì)改變項(xiàng)目的可行性。MPPT技術(shù)中，分立MPPT（DMPPT）能單獨(dú)補(bǔ)償每塊光伏板的輸出；而集中式MPPT方案則是對(duì)整個(gè)光電板陣列應(yīng)用一個(gè)“最佳配合”的補(bǔ)償功能。

因此智能控制方面，DMPPT就成為目前最有前景的技術(shù)。ST最近推出了SPV1020，用一顆單片即可取代這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并集成直流-直流轉(zhuǎn)換器，將光伏板的低壓直流輸出提高到電線級(jí)交流電源產(chǎn)生的更高直流電壓水平。

美國(guó)國(guó)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(yè)：http://www.solarmagic.com/。有關(guān)SolarMagic電源優(yōu)化器芯片組的實(shí)地測(cè)試數(shù)據(jù)表明，即使測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)被陰影遮蔽，并且系統(tǒng)發(fā)生失配問(wèn)題， SolarMagic芯片組的太陽(yáng)能系統(tǒng)仍然能夠保證工作。美國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體和尚德已展開(kāi)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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趨勢(shì)和挑戰(zhàn)

清潔能源的發(fā)展已經(jīng)使大勢(shì)所趨，無(wú)論近期市場(chǎng)有任何波動(dòng)，大方向仍是不會(huì)變的。

以前對(duì)光伏發(fā)電進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)估時(shí)，測(cè)算結(jié)果為實(shí)現(xiàn)1000瓦的光伏發(fā)電，需要3萬(wàn)元人民幣。時(shí)隔不到一年，成本已大幅下降到1.5萬(wàn)元，光伏發(fā)電的成本控制還在繼續(xù)下降，甚至?xí)平?.2萬(wàn)元。“以太陽(yáng)能電池發(fā)展為核心的能源革命，已經(jīng)不再是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，而是何時(shí)啟動(dòng)、如何拉開(kāi)一個(gè)新時(shí)代大幕的問(wèn)題，這需要國(guó)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(jì)》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(jī)是現(xiàn)成的，而集熱鏡片和支架等配套設(shè)備，只要市場(chǎng)開(kāi)啟，配套廠商將會(huì)蜂擁而至。——中科院電工所研究員馬勝紅

中國(guó)風(fēng)能源市場(chǎng)2007年規(guī)模只有6.1MKW，2009年擴(kuò)張?bào)@人。最近五年中國(guó)風(fēng)能源市場(chǎng)每年都翻一番，在2009年超過(guò)西班牙，成為第三大風(fēng)能源提供者。iSuppli公司預(yù)測(cè)，到2014年，中國(guó)風(fēng)能源創(chuàng)造的營(yíng)業(yè)收入將達(dá)到39億美元，而2009年只有3.609億美元。2009-2014年復(fù)合年度增長(zhǎng)率為44.9%。2010年，風(fēng)能源營(yíng)業(yè)收入將增長(zhǎng)近一倍，達(dá)到6.069億美元。——isuppli調(diào)查報(bào)告

雖然2009年光伏逆變器市場(chǎng)萎縮了25%以上，但預(yù)計(jì)全球光伏逆變器市場(chǎng)將在2010年到2013年恢復(fù)生機(jī)，達(dá)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(yùn)量預(yù)計(jì)每年將增長(zhǎng)20%左右。——飛兆半導(dǎo)體HVPCIA部門工業(yè)功率系統(tǒng)市場(chǎng)推廣經(jīng)理鄭相珉

無(wú)論是來(lái)自專家的評(píng)論還是市場(chǎng)調(diào)研公司的預(yù)測(cè)，都表明太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電已是大勢(shì)所趨，前景非常廣闊。那么對(duì)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(píng)價(jià)？

“傳統(tǒng)的太陽(yáng)能系統(tǒng)有其結(jié)構(gòu)性的缺陷，以致系統(tǒng)性能無(wú)法得到充分發(fā)揮，而且系統(tǒng)的使用時(shí)間越長(zhǎng)，效率便越低，這些缺點(diǎn)限制了太陽(yáng)能系統(tǒng)的市場(chǎng)發(fā)展，令太陽(yáng)能系統(tǒng)無(wú)法普及起來(lái)。——NSC亞太區(qū)核心市場(chǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)張耀強(qiáng)

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(guó)太陽(yáng)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(dá)國(guó)家相比尚存在較大差距。——中國(guó)科學(xué)院電工研究所副所長(zhǎng)許洪華

較之風(fēng)電、光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)，我國(guó)光熱發(fā)電尚處于起步階段，缺乏相關(guān)安裝經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，所以國(guó)內(nèi)大的電力公司在做這類項(xiàng)目時(shí)大多采取和國(guó)外企業(yè)合作的形式。這也成為制約我國(guó)光熱發(fā)電發(fā)展的瓶頸。——中投顧問(wèn)能源行業(yè)首席研究員姜謙

從業(yè)界評(píng)論可以發(fā)現(xiàn)，以太陽(yáng)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(lái)越成熟的今天，缺乏人才、缺乏安裝運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)可以說(shuō)是最為主要的問(wèn)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(jí)別的技術(shù)支持。

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在太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源成為越來(lái)越明顯的趨勢(shì)的時(shí)候，產(chǎn)業(yè)鏈的整合和完善業(yè)之日可待。未來(lái)隨著半導(dǎo)體廠商更深的介入，例如直接和面板廠商進(jìn)行合作，或是像ST一樣，甚至直接變成面板廠商，太陽(yáng)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(wú)疑將逐漸下降——這時(shí)，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(jìn)，在日常生活中使用清潔能源也指日可待。