太陽(yáng)能發(fā)電目前是全球最有投資前景的熱點(diǎn)市場(chǎng)之一。歐盟目前是全球光伏發(fā)電量最大的地區(qū)。在2008年，這個(gè)區(qū)域占全球光伏發(fā)電量的80%。歐盟預(yù)計(jì)在2020年，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將占?xì)W盟總發(fā)電量的12%。日本也是太陽(yáng)能發(fā)電的強(qiáng)國(guó)，一般家庭都可以使用太陽(yáng)能光伏裝置發(fā)電。到2020年，日本的太陽(yáng)能發(fā)電量將會(huì)達(dá)到2005年的20倍左右；到2030年，將達(dá)到40倍左右。美國(guó)奧巴馬政府則出臺(tái)一系列鼓勵(lì)發(fā)展新能源的政策，計(jì)劃到2025年要使可再生能源發(fā)電量占到電力供應(yīng)總量的25%。
中國(guó)也不例外，中國(guó)政府近年內(nèi)也出臺(tái)了一系列發(fā)展可再生能源的政策，其中以《關(guān)于實(shí)施金太陽(yáng)示范工程的通知》最為引人注目。該通知重點(diǎn)內(nèi)容就是要大力支持用戶側(cè)并網(wǎng)光伏發(fā)電、獨(dú)立光伏發(fā)電、大型并網(wǎng)光伏發(fā)電等示范項(xiàng)目建設(shè)，以及硅材料提純、并網(wǎng)運(yùn)行等光伏發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)業(yè)化和相關(guān)基礎(chǔ)能力建設(shè)。
專家估計(jì)，中國(guó)可再生能源發(fā)電所占的比重在2020年將占中國(guó)總發(fā)電量的15%，其中并網(wǎng)光伏發(fā)電將達(dá)到2000萬(wàn)千瓦，而目前全中國(guó)的太陽(yáng)能裝機(jī)容量約30萬(wàn)千瓦，其間蘊(yùn)含的巨大商機(jī)不言而喻。
英飛凌家電及工業(yè)功率器件市場(chǎng)經(jīng)理陳子穎
太陽(yáng)能逆變器是關(guān)鍵
太陽(yáng)能逆變器是太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中最關(guān)鍵的電子組件，其主要功能是將收集到的可變直流電壓輸入轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)干擾的交流正弦波輸出，既可供設(shè)備使用，也可反饋給電網(wǎng)。其它組件包括光伏(PV)面板陣列、蓄電池、局域配電系統(tǒng)和變壓器。
英飛凌科技(中國(guó))公司家電及工業(yè)功率器件市場(chǎng)經(jīng)理陳子穎認(rèn)為，中國(guó)目前主要發(fā)展的是中大功率太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，金太陽(yáng)示范工程財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法規(guī)定，單個(gè)項(xiàng)目裝機(jī)容量不低于300kWp。他說(shuō)：“隨著單機(jī)功率增大，太陽(yáng)能逆變器受技術(shù)和器件限制，電路形式就比較單一，主要還是三相逆變橋。”
飛思卡爾MCU部資深產(chǎn)品經(jīng)理張明峰也表示，目前大型太陽(yáng)能發(fā)電站均采用三相逆變器。他說(shuō)：“通過(guò)低頻變壓器進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電，可以是低壓并網(wǎng)，變壓器僅作為電氣隔離裝置；也可以是中高壓并網(wǎng)，變壓器作為升壓和電氣隔離裝置。”
一般來(lái)講，大型光伏發(fā)電的發(fā)電功率較大，從幾百千瓦到幾個(gè)兆瓦。而在家用型太陽(yáng)能發(fā)電市場(chǎng)上，戶用小型太陽(yáng)能發(fā)電站則主要采用幾百瓦到幾千瓦功率級(jí)別的單相逆變器。
目前，家用型太陽(yáng)能逆變器較常采用的智能控制芯片供應(yīng)商包括TI、飛思卡爾、NSC、Microchip和英飛凌等，功率器件供應(yīng)商包括IR、英飛凌、ST、飛兆、東芝、Vishay和Mitsubishi等。
實(shí)際上，除了實(shí)現(xiàn)交直流的轉(zhuǎn)換之外，逆變器還能執(zhí)行其它功能。如將電路斷開(kāi)、避免電路因電流突波而損壞，此外，還能為電池充電、對(duì)數(shù)據(jù)的使用和性能進(jìn)行存儲(chǔ)，以及跟蹤最大功率點(diǎn)(MPPT)等，以盡可能提高發(fā)電的效率。
“提高中大功率太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)能源效率，逆變器是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它是保證太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率和投資回報(bào)的關(guān)鍵因素。”陳子穎特別強(qiáng)調(diào)。
飛思卡爾MCU部資深產(chǎn)品經(jīng)理張明峰
隨著實(shí)際應(yīng)用的愈來(lái)愈普遍，太陽(yáng)能逆變器也開(kāi)始不斷面臨諸如并網(wǎng)性能、電磁兼容、保護(hù)功能等各類新的技術(shù)挑戰(zhàn)。“對(duì)逆變器并網(wǎng)性能的要求，就是要提高并網(wǎng)效率、減少并網(wǎng)電流諧波、確保輸出功率因數(shù)和消除直流分量；電磁兼容方面，則是要控制電壓波動(dòng)和閃爍、減少電磁輻射并提高抗擾度。”張明峰指出，“而對(duì)于逆變器的保護(hù)功能要求，即是指電網(wǎng)故障保護(hù)(防孤島檢測(cè))、防反放電保護(hù)、極性反接保護(hù)和過(guò)載保護(hù)等。”
“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)一針見(jiàn)血地指出，太陽(yáng)能系統(tǒng)面對(duì)的最大挑戰(zhàn)是優(yōu)化逆變器性能。
NSC亞太區(qū)核心市場(chǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)張耀強(qiáng)
市電和太陽(yáng)能逆變器進(jìn)行切換時(shí)，會(huì)帶來(lái)諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。張明峰表示，要實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與逆變器間的快速、平滑切換，需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：一是逆變器的輸出始終與電網(wǎng)保持同步；二是切換開(kāi)關(guān)裝置安全可靠；三是切換條件的快速和準(zhǔn)確的檢測(cè)。
針對(duì)這些問(wèn)題，張明峰認(rèn)為，基于現(xiàn)有的半導(dǎo)體芯片技術(shù)，可以采用高性能的MCU或DSC芯片來(lái)進(jìn)行控制，使用軟件鎖相技術(shù)來(lái)同步電網(wǎng)與逆變器的輸出，快速和高精度的片內(nèi)ADC實(shí)時(shí)檢測(cè)并網(wǎng)電壓和電流，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果智能地判斷切換條件；此外，切換開(kāi)關(guān)裝置可以采用電子開(kāi)關(guān)(晶閘管)或電磁接觸開(kāi)關(guān)(繼電器或接觸器)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
太陽(yáng)能逆變器供應(yīng)商
近年來(lái)，太陽(yáng)能逆變器廠商數(shù)量增長(zhǎng)很快，已成為兵家必爭(zhēng)之地。知名的供應(yīng)商基本集中在起步較早的歐美日地區(qū)，例如美國(guó)的Power-one、Emerson，加拿大的Xantrex，德國(guó)的SMA、KACO，意大利的Frouis、日本的Sanyo和Mitsubishi。此外，近幾年來(lái)中國(guó)本土太陽(yáng)能逆變器廠商也獲得了超快速發(fā)展，表現(xiàn)不錯(cuò)。張明峰強(qiáng)調(diào)，“中國(guó)本土的龍頭供應(yīng)商合肥陽(yáng)光應(yīng)該是產(chǎn)品最全，中國(guó)企業(yè)市場(chǎng)占有率最大的一家。”
不過(guò)，由于市場(chǎng)啟動(dòng)時(shí)間較晚，因此本土供應(yīng)商在技術(shù)上與國(guó)外一流廠商存在一定水平差距。如高頻逆變器技術(shù)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品僅能在小功率型號(hào)上使用，且大多為離線產(chǎn)品；再例如大功率逆變器技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)很少有企業(yè)能開(kāi)發(fā)出百千瓦級(jí)以上的產(chǎn)品；雙向逆變器技術(shù)，國(guó)內(nèi)企業(yè)中僅有陽(yáng)光電源有類似的產(chǎn)品；此外，還有模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，以及性能穩(wěn)定性等等關(guān)鍵性技術(shù)，本土供應(yīng)商都存在明顯差距。
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