- 整体解决方案概览
- 功率器件供应厂商的机会
- 智能控制方案
- 趋势和挑战
- 逆变器在太阳能和风能发电系统应用
- DMPPT技术在智能控制方面应用
在太阳能发电和风能发电系统中，逆变器是重要的一环。目前大型太阳能发电站均采用三相逆变器，功能不仅限于简单的交直流变换，而是扩展到了断开电路、避免电路因电流突变而损坏，以及能为电池充电、对数据的使用和性能进行存储，跟踪最大功率点(MPPT)等，以尽可能提高发电的效率。
太阳能发电的复杂性还对智能控制方案提出了一定要求。如何更可靠地追踪角度？DMPPT方案的好处在哪里？有哪些厂商提供方案？本期专题特别针对逆变器设计和智能控制技术展开讨论，并通过业内专家的评论，分析展望了太阳能发电所面临的趋势和挑战。
整体解决方案概览
下图是太阳能/风能发电示意图，我们可以看到逆变器在其中发挥的作用。
太阳能发电系统对半导体器件有什么样的要求？这篇文章可以告诉大家。A/D转换器、整流器、IGBT模块、驱动、传感、MCU以及电容等元器件厂商都有望在新得市场上获得契机。这些器件中，最重要的是逆变器，它的任务是把光伏单元可变的直流电压输出转换为清洁的50Hz或60Hz的正弦电压源，为了保证输出电压的稳定，需要一系列器件的配合，例如传感器来跟踪太阳方位角、A/D转换器来实现数据转换，MCU来实现稳定输出的算法……那么主流半导体和元器件厂商是如何针对新能源市场打造解决方案的？我们将业界的趋势和热点作一次总结，希望对读者提供一定参考。
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功率器件供应厂商的机会
太阳能逆变器增长的需求对功率器件供应商而言有很大机会，国际大厂商就包括IR、英飞凌、ST、飞兆、东芝、Vishay和Mitsubishi等等。
逆变器性能对发电系统的效率至关重要。太阳能逆变器目前的电路形式就比较单一，主要还是三相逆变桥，作为光伏系统中可靠性最低的组件，逆变器所使用的半导体器件本身的性能和设计使用非常关键。”
英飞凌的IGBT模块解决方案是从芯片到整个模块拓扑结构的整体方案。今年推出了新的 PrimePack 3 产品型号为FF1400R17IP4，电压为1700 V，电流为1400 A，大大拓宽了PrimePACK系列的功率范围。新的IGBT3和IGBT4还增加了650V的器件，较之之前的600V产品，耐压增加了50V，对器件来说能得到更充分的应用。英飞凌的核心竞争力还包括压接焊技术。这种高效的PCB安装技术能将生产效率在手工焊的基础上提高10倍，之前在汽车和工业通讯行业已经得到了成熟应用。它简洁的安装流程 减少了模块的装配时间。同时降低FIT率、实现IGBT模块的无铅化装配方面有很大优势。E4系列就全面采用了压接焊技术。
IR为太阳能业界提供多元化的功率管理产品，特别是家用、商用及公用业务级别应用的串式逆变器。IRMOSFET及IGBT技术发挥了先进的效能，能帮助系统减低功率耗散。可用于单向和三向的太阳能逆变器拓扑。IR的IGBT产品功率范围覆盖5KW至30KW及以上，电压范围在600V至1200V。
另外飞兆半导体、ST都有相关的产品和强大的技术，相关产品和信息都可以在这些供应商的网站找到。
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智能控制方案
ST、飞思卡尔、国家半导体、Microchip和英飞凌等都在太阳能智能控制方案上大展拳脚。
我们知道，MPPT可自动调整太阳能发电系统的输出电路，补偿太阳能由于强度、阴影、温度变化、电池板失匹或老化等可变因素引起的功率损耗。在没有应用 MPPT技术以前，光伏板上很小的阴影就会导致输出功率降低10%到20%，这种不成比例的降低可能限制电厂选址，为避免阴影产生的不利影响迫使选用更小 的光电板阵列，在某些情况下，甚至还会改变项目的可行性。MPPT技术中，分立MPPT（DMPPT）能单独补偿每块光伏板的输出；而集中式MPPT方案则是对整个光电板阵列应用一个“最佳配合”的补偿功能。
美国国际半导体的SolarMagic能大大提高电池板的发电效率，可以参考Solar Magic的主页：http://www.solarmagic.com/。有关SolarMagic电源优化器芯片组的实地测试数据表明，即使测试现场被阴影遮蔽，并且系统发生失配问题， SolarMagic芯片组的太阳能系统仍然能够保证工作。美国国际半导体和尚德已展开了合作，根据尚德提供的数据，SolarMagic芯片组能在上述条件下，挽回平均50%发电量损失，在部分情况下最高可挽回75%的发电量损失。
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趋势和挑战
清洁能源的发展已经使大势所趋，无论近期市场有任何波动，大方向仍是不会变的。
以前对光伏发电进行经济性评估时，测算结果为实现1000瓦的光伏发电，需要3万元人民币。时隔不到一年，成本已大幅下降到1.5万元，光伏发电的成本控制还在继续下降，甚至会逼近1.2万元。“以太阳能电池发展为核心的能源革命，已经不再是一个技术问题，而是何时启动、如何拉开一个新时代大幕的问题，这需要国家的特别支持政策与高效发展方略，需要企业充分自主创新和全力发挥作用。——《能源革命：改变21世纪》合著者刘汉元
除了集热管技术含量较高以外，光热发电并不涉及什么高深的技术。汽轮机是现成的，而集热镜片和支架等配套设备，只要市场开启，配套厂商将会蜂拥而至。——中科院电工所研究员马胜红
虽然2009年光伏逆变器市场萎缩了25%以上，但预计全球光伏逆变器市场将在2010年到2013年恢复生机，达到41亿美元以上的规模。相应的，2010年到2013年光伏逆变器付运量预计每年将增长20%左右。——飞兆半导体HVPCIA部门工业功率系统市场推广经理郑相珉
无论是来自专家的评论还是市场调研公司的预测，都表明太阳能和风能发电已是大势所趋，前景非常广阔。那么对各种能量转化技术的优劣和挑战业内专家如何评价？
“传统的太阳能系统有其结构性的缺陷，以致系统性能无法得到充分发挥，而且系统的使用时间越长，效率便越低，这些缺点限制了太阳能系统的市场发展，令太阳能系统无法普及起来。——NSC亚太区核心市场业务发展总监张耀强
我们的科研投入及技术积累不足，尚未建立从基础研究、关键技术、装备到产业化的可持续发展的产业支撑体系。我国太阳能热发电的自主创新能力和持续发展能力，与发达国家相比尚存在较大差距。——中国科学院电工研究所副所长许洪华
较之风电、光伏发电等产业，我国光热发电尚处于起步阶段，缺乏相关安装经验和运营经验，所以国内大的电力公司在做这类项目时大多采取和国外企业合作的形式。这也成为制约我国光热发电发展的瓶颈。——中投顾问能源行业首席研究员姜谦
从业界评论可以发现，以太阳能/风能为代表的新能源产业面临的挑战多数仍是由产业的成熟度引发的，技术越来越成熟的今天，缺乏人才、缺乏安装运营经验可以说是最为主要的问题。在技术积累方面，半导体和元器件厂商仍有更多的发挥空间：不只是提供产品，而是解决方案级别的技术支持。
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在太阳能、风能等清洁能源成为越来越明显的趋势的时候，产业链的整合和完善业之日可待。未来随着半导体厂商更深的介入，例如直接和面板厂商进行合作，或是像ST一样，甚至直接变成面板厂商，太阳能光伏发电的转换效率即将得到更大的提高，而成本无疑将逐渐下降——这时，行业的成熟度更高。另外，随着并网发电的相关法规日益完善，智能电网建设的逐步推进，在日常生活中使用清洁能源也指日可待。
