從全球的角度看,氣侯變化是我們所處這個時代最大的挑戰(zhàn),比如現在的溫室效應、全球氣候變暖以及海平面的上升,所有這一切都是跟二氧化碳的排放量相關。
根據權威機構IEA的調研,從1910年到2022年,過去一百年的時間,二氧化碳的排放量呈指數級遞增,2022年達到36.8Gt的二氧化碳排放量。
而究其碳排放來源,最大的來源是發(fā)電,占比高達40%。第二部分就是工業(yè)應用,這部分占25%。第三部分是交通運輸,占比達到了22%。而建筑用電占比排在第四位,占比為8%。
為了降低碳排放,就要加大提高可再生能源的使用占比。但可再生能源受制于環(huán)境條件影響,發(fā)電具有間歇性,并不能夠像傳統(tǒng)能源那樣可控的線性生產,因此也不能夠直接接入電網利用。
而這時候,儲能系統(tǒng)的作用就體現出來了。儲能系統(tǒng)可以將可再生能源的電能儲存起來,對于可再生能源的生產和使用而言是必不可少的組成。
戶用儲能市場迎來爆發(fā)式增長
據英飛凌電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部應用管理高級經理徐斌介紹,儲能可以分為表前和表后兩大類,其中的表指的是家里的電表。在家用之前的就是表前的儲能,一般指的是生產側和電網配電側,在家庭電表之后的鏈路中的就是表后儲能,指的是消費側。
而消費側的表后儲能,按照客戶需求體量又可以分為企業(yè)用戶和家庭用戶。而近年來,家庭用戶的儲能系統(tǒng)安裝量得以大幅增長。
來自IHS 2022年的報告預計,從2020年到2030年戶用儲能從2020年到2030年的年復合增長率將達到30.9%。
其中2022年戶用儲能的裝機需求大約是14000兆瓦,但實際出貨量達到了18000兆萬。也就是意味著在2022年有差不多4000兆萬的庫存積壓在儲能逆變器和儲能系統(tǒng)安裝商那里。當這個量消耗完之后,戶用儲能還會迎來更迅猛和健康的增長。
光伏戶用儲能系統(tǒng)的效率和功率密度至關重要
戶用儲能系統(tǒng)一般都是用于自發(fā)自用,多余的部分會反向售電給電網。以前的戶用光伏系統(tǒng),就是一個單獨的光伏發(fā)電功能;而現在和未來,光伏發(fā)電系統(tǒng)必然會與儲能系統(tǒng)結合進行戶用的安裝配置。隨著新能源汽車的爆發(fā),大家需要把充電跟儲能和光伏系統(tǒng)做搭配,也就是現在非常熱的光儲充一體系統(tǒng)。
從戶用儲能系統(tǒng)典型框圖來看,內部架構簡單來說包括兩大部分:一是儲能的介質,也就是是一個電池包;二是它的功率轉換部分。其中功率轉換又分為兩個部分:一是DC到DC的轉換;二是逆變或者DC/AC的轉變。這一部分跟傳統(tǒng)的光伏系統(tǒng)很大的不同就是能量在里面雙向傳輸,以前的光伏系統(tǒng)只是單向的能量流動,現在的戶用儲能既要充電又要放電,所以能量都是雙向的流動。
據徐斌介紹,當前戶用儲能系統(tǒng)的技術要求有幾點至關重要:一是未來光伏一定要搭配儲能;二是體積、重量、成本和效率之間的平衡;三是因為戶用條件限制體積和噪音不能太大,無風扇設計就對于元器件的溫度控制有更高的要求??偨Y來說,光伏戶用儲能系統(tǒng)的效率和功率密度是最制約未來產品競爭力的重要因素。
英飛凌一站式功率解決方案
為了應對更高功率密度和更小溫升的設計挑戰(zhàn),SiC作為第三代半導體器件,有著諸多的優(yōu)勢。
首先,從當前的從現在硅的器件轉到碳化硅系統(tǒng),可以提升很高的效率;第二,SiC MOS的體積比較小,可以提升功率密度;第三,它非常靈活,SiC MOS的pin腳或者使用方法都可以跟硅的系統(tǒng)做到無縫連接;第四,SiC器件的可拓展性非常好,從650V,到1200V,1700V都有。
英飛凌提供了一站式的功率解決方案,同時提供SiC和Si的兩種材料的功率器件,提供包括功率器件、MOS、IGBT和IGBT模塊等多種不同的產品形態(tài)。
在中低壓MOS方面,英飛凌有2個產品系列,一個叫StrongIRFET,一個叫做OptiMOS。StrongIRFET產品線來自2016年收購IR公司產品之后的升級,而OptiMOS目前已經發(fā)布到第六代產品。
徐斌表示,第六代OptiMOS產品性能優(yōu)異:從從100V產品的RDS(on)來看,目前英飛凌可以做到2.2毫歐,最好的對手產品是3.2毫歐,差不多比對手小30%左右;第二部分,如果從ΔQg來看,第六代OptiMOS產品的指標要比對手小差不多27%,比上一代產品小50%左右。
而在SiC MOS方面,英飛凌也是發(fā)布了第二代碳化硅MOS產品,以650V、57毫歐的產品做性能對比的話,可以看到第二代比第一代Qoss、Eoss、Ciss等性能降低差不多30%。另外一方面,第二代產品同時保留了易用性,比如V(GS)th,還是保持了很高的水準,差不多在4.5伏,這樣帶來的好處就是,客戶在0伏的時候就可以對這個器件進行關斷的操作。
“目前戶用儲能系統(tǒng)看起來很簡單,其實它內部結構很復雜,里面涉及的器件很多?!毙毂罂偨Y到,“英飛凌可以提供完整的解決方案,可以提高你的功率密度、提升效率。英飛凌同時還有很多MCU、傳感、通訊器件,這部分也產品也可以帶給你更快更好的設計體驗?!?