太陽能逆變電源市場廣闊 行業廠商迎來“太陽能時代”
近年來,隨著人們環保意識的增強,對於可再生能源的關注越來越多。在太陽能、風能、潮汐能等各類可再生能源中,太陽能成為了專家們的首選。能源專家指出,在可再生能源中,太陽能取之不盡,清潔安全,是理想的可再生能源。不管從資源的數量、分佈的普遍性,還是從清潔性、技術的可靠性來看,太陽能都比其他可再生能源更具有優越性。
根據預測,到2050年各種一次性能源在世界能源消費構成中所占的比例將為:天然氣13%、煤20%、核能10%、水電5%、可再生能源(含太陽能、風能、生物質能等)50%。太陽能以其儲量的“無限性”、存在的普遍性、開發利用的清潔性、安全性以及經濟性等絕對優勢,將成為人類最理想的替代能源。太陽能產業展現出巨大的發展前景。
目前太陽能的利用主要有兩大重點方向,一是把太陽能轉化為熱能,另一個就是將太陽能轉化為電能(即通常所說的光伏發電),其中光伏發電是重點。受益於太陽能產業的長期利好,整個光伏產業出現了前所未有的發展機遇。根據歐洲光伏工業協會(EPIA)的數據顯示,2010年太陽能發電量的增幅可達4倍,達 5550 兆瓦。如圖1所示,為歐洲光伏工業協會對全球太陽能光伏發電量的預測。
圖1 歐洲光伏行業學會對全球太陽能光伏發電量的預測
對於電子變壓器行業廠商而言,瞭解目前太陽能光伏市場發展動態,把握太陽能光伏行業發展趨勢,對於整個行業的發展是至關重要的。如何在這個市場經濟蕭條的大環境下把握好政策方向,找准目標重點突擊,將是電子變壓器廠商面臨的重要問題。本期應用對話,記者將通過聯繫太陽能光伏產業下的整機企業與行業廠商,與你一同走進“太陽能時代”,一同挖掘這個時代下潛在的巨大發展前景。
我國迎來“太陽能時代”
我國作為世界上太陽能資源較豐富且分佈範圍較廣的國家,全國2/3以上的地區年日照大於2000小時,陸地面積每年接受的太陽輻射能相當於24000億噸標準煤,約相當於6萬個三峽工程發電量的總和。如此龐大的太陽能資源成了中國的太陽能產業持續快速發展的保障。來自聯合國環境規劃署的最新報告顯示,中國太陽能產業規模位居世界第一,可再生能源正迅速從“替代能源”向“主流能源”轉變,2008年全球相關投資估計超過一千億美元,中國等發展中國家在可再生能源利用方面發展迅速。
不容置疑光伏產業成為了世界上發展最快的能源產業之一,在各國政府的扶持下,光伏發電產業自20世紀80年代以來得到了迅速發展。最近10年光伏發電產業的年平均增長率為30%,近5年的年平均增長率為40%。中國政府在《可再生能源長期規劃》提出,太陽能光伏發電裝機容量到2010年將發展到450MWp,而2005年全國太陽能發電裝機容量僅為6.5MWp,這就意味著中國太陽能裝機容量的複合增長率將會高達38%以上。太陽能光伏發電展現出如此巨大的發展空間,無疑,中國,真正迎來了前景光明的“太陽能時代”。
儘管受2008年金融危機影響,整個光伏產業的發展短期裏受到不少的打擊。但讓人可喜的是,國家出臺的相關的扶持政策,在很大程度上拉動了我國太陽能光伏市場的發展。2009年2月18日,國務院常務會議審議並原則通過《電子資訊產業調整和振興規劃》,明確提出加快電子元器件產品升級,提高薄膜太陽能電池等產品的研發生產能力。在落實擴大內需措施上,要求支持國內光伏發電市場發展,同時提出要研究出臺光伏發電的鼓勵政策。3月26日,財政部正式發佈了《關於加快推進太陽能光電建築應用的實施意見》和《太陽能光電建築應用財政補助資金管理暫行辦法》,支持開展光電建築應用示範,實施“太陽能屋頂計畫”,城市光電建築一體化應用,農村及偏遠地區建築光電利用等給予定額補助,2009年補助標準原則上定為20元/Wp。這兩個政策的出臺,對於整個太陽能光伏產業的發展無疑起到一個很大的推動作用。
“太陽能時代”的到來,對於很多廠商而言無疑是充滿了誘惑、充滿了希望,他們都在緊盯著這個新興的市場。創磁電子有限公司工程師孔浩告訴記者說:“今年公司開始關注太陽能領域並開始了前期的研發工作。作為未來的一個主流,公司目前也是在探索階段。因為大家對於未來環保、對於可再生能源這些主題都十分關注,公司當然也不能錯過這個機會。”深圳京泉華電子有限公司總經理助理呂小榮表示,公司也非常願意在太陽能市場去做進一步的投入。“太陽能領域屬於國家一個扶持專案,因為它環保、節能,會是未來發展的一個方向。”
太陽能逆變電源市場前景廣闊
太陽能光伏發電產業的利好市場,必然帶來相關行業的快速發展。太陽能交流發電系統是由太陽電池板、充電控制器、逆變器和蓄電池共同組成。主要由電子元器件構成,不涉及機械部件,因而發電設備極為精煉,可靠、穩定、壽命長,安裝維護簡便。與常用的火力發電系統相比,太陽能發電系統除了無污染排放,還具有建設週期短和可利用建築屋面的優勢。其中太陽能逆變器是整個太陽能系統的關鍵組件。因為太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、 48VDC。如果要向220VAC的電器提供電能,需要將太陽能發電系統所發出的直流電能轉換成交流電能,這個時候就需要使用逆變器。另外,它可將光伏電池的可變直流輸出轉換成清潔正弦 50 或 60Hz 電流,也非常適用於為商業電網或地方電網提供電源。伴隨著太陽能光伏市場的發展,太陽能逆變器市場必然帶來新的春天。
來自iSuppli公司對於太陽能應用市場逆變器出貨量的預測,隨著市場對替代能源的需求增長以及太陽能系統設計採用方式的多樣化,電源管理電子器件的需求越來越大。預計2008-2012年全球用於太陽能應用的逆變器出貨量將增長到13倍。2012年全球用於太陽能系統的逆變器出貨量將從2008年時的723,329個增長到950萬個。圖2所示為iSuppli公司對於太陽能應用市場逆變器出貨量的預測。
圖2:全球用於太陽能應用的逆變器出貨量預測 來源:iSuppli公司,2009年3月
太陽能逆變器對電子變壓器提出新要求
一般而言,應用於逆變器中的電子變壓器主要有升壓變壓器和隔離變壓器兩種。由於輸入直流電壓要比交流輸出電壓的電平要高,但太陽能電池板提供的輸入源電壓通常沒有那麼高,因此系統要在交流輸出一側採用升壓變壓器來提升電壓。同時,需要隔離變壓器隔離兩側的電路,防止直流電流到交流電一側,提高了對電路的保護,也增加用戶的安全性。
逆變電源按變換方式可分為工頻變換和高頻變換。工頻變換是利用分立器件或集成塊產生50Hz方波信號,然後利用該信號去推動功率開關管,利用工頻升壓變壓器產生220V交流電。由於採用工頻變壓器,體積大、笨重、價格高,目前主要應用於大型太陽能光伏電站。 但隨著功率MOSFET工藝的日趨成熟及磁性材料品質的提高,高頻變換逆變電源才走向市場。高頻變換逆變電源是通過高頻DC/DC變換技術,先將低壓直流變為高頻低壓交流,經過脈衝變壓器升壓後再整流成高壓直流。由於採用高頻變壓器,體積小、重量輕,而且輸出電壓非常穩定,負載能力強,性能價格比高,是目前可再生能源發電系統中首選產品。在國外發達國家的中小交流光伏系統中得到普遍的使用。
高頻化的發展帶來更廣闊的應用市場,同時對應用其中的電子變壓器無疑是提出了更高的要求。張海波強調,太陽能逆變電源對電子電子變壓器的電性能、可靠性、效率等要求都很高。“具體要求電子變壓器的效率高、發熱低、電壓範圍寬、設計一體化。另外,工藝設計上,外觀也要美觀,適應市場需求,體積要小,尤其是針對戶用型的用戶。”因為作為太陽能光伏發電系統的重要組成部件,太陽能逆變器在轉換效率、可靠性、電壓範圍等方面都有著極高的要求,這當然也要求電子變壓器在各方面的性能上也能配合。
首先,逆變器要具備高的工作效率。常用的太陽電池矩陣的光電轉換效率小於15%,若然逆變器效率不能保證,太陽電池轉換來的電能就容易損耗掉,造成資源的二度浪費。所以一般要求逆變器效率要大於90%,在有效保障逆變器的轉換效率的前提下,才能最大限度地利用太陽能。
其次,逆變器要具備高的可靠性。對於邊遠地區和海島的獨立型太陽能發電設備,要求逆變器能承受惡劣的使用環境,能保證在少維護條件下長期工作。而對於應用家庭的並網型太陽能發電設備,又要求逆變器的電磁干擾少,不影響人的生活的同時也不妨礙其他家用電器工作。因此逆變器的可靠性一定要保證。
另外,還得保證逆變器有一個較寬的電壓範圍。太陽能電池的端電壓隨負載和日照強度而變化,而蓄電池的電壓隨蓄電池剩餘容量和內阻的變化而波動,特別是當蓄電池老化時其端電壓的變化範圍很大,如12V蓄電池,其端電壓可在10V~16V之間變化,這就要求逆變器必須在較大的直流輸入電壓範圍內保證正常工作,並保證交流輸出電壓的穩定。
作為一個新興的市場,儘管對電子變壓器行業廠商而言,他們面臨著很高的要求,但是這塊蛋糕太大了,人人都在躍躍欲試。東莞正茂電子廠的黃楚平先生表示,儘管目前還沒有做太陽能逆變電源的領域,但是非常願意開發這一新興市場。他強調說:“目前公司的產品性能已經能夠匹配太陽能逆變電源的要求。”
並網發展成趨勢,行業廠商面臨新挑戰
太陽能光伏發電系統有獨立運行和並網運行兩種方式。獨立運行的光伏發電系統需要有蓄電池作為儲能裝置,主要用於無電網的邊遠地區和人口分散地區,整個系統造價很高;在有公共電網的地區,光伏發電系統與電網連接並網運行,省去蓄電池,不僅可以大幅度降低造價,而且具有更高的發電效率和更好的環保性能。今後交流光伏發電系統是光伏發電的一個主流,並網運行也必將是光伏發電的一個趨勢。
目前我國使用較多的太陽能戶用照明系統以及遠離電網的微波站供電系統主要以直流用戶系統為主,即將太陽電池發出的電能給蓄電池充電,而蓄電池直接給負載供電,但由於負載直流電壓的不同,難以實現系統的標準化和相容性,特別是民用電力,以直流電力供電的光伏電源也就難以進入商品市場。隨著人們生活水準的提高,對交流系統應用的需求進一步增大,太陽能光伏電源也逐步走向通用化、標準化。可以說從偏遠無電地區中小功率的獨立發電系統向並網發電系統的方向發展是太陽能光伏產業的一個發展趨勢。
番毅表示說:“由於在技術上還不太成熟,普通家庭應用型太陽能發電系統的普及化還有一個比較長的過程。”石家莊國耀電子科技有限公司時桂斌告訴記者說:“很看好太陽能光伏領域。目前公司已經有太陽能離網逆變電源產品的供應,但並網逆變電源還處於一個研發階段。”他指出,離網系統應用已經很普通,主要應用在海峽基站、邊遠點去、山頂通訊基站等遠距離傳送的地方,這些邊遠地區用電纜不方便,一邊情況下都是風力發電或者太陽能發電。“離網逆變電源技術已經很成熟,但是由於離網逆變電源一定要應用到蓄電池來存儲,這樣污染很嚴重,成本也很高。”目前,小型太陽能家庭發電系統還是不多,主要是一些富裕的人在自家的別墅上安裝使用。由於成本太高,還很難普及,這需要政策扶持。因此,在並網成為一種趨勢的前提下,“我希望國家能出臺相關政策,鼓勵太陽能產業的發展。同時在參考國外成熟技術和政策的情況下,出臺相關的標準、政策來鼓勵發展太陽能並網系統。”
張海波也表示說:“總體而言,從現在國外的一些光伏產業的發展,從國家對可再生能源的扶持等來看,並網是全球的一個趨勢。對於整個光伏發電產業來說,並網給了產業規模化、標準化發展的機會。”同時,他也表示出對目前國家並網的一些憂慮,他指出:“國家現在不可能實現並網,有出自效益、電網收費、安全、性能要求等方面的考慮因素。”他認為,並網還存在不少的阻礙,比如說國家還還沒有一個確定的標準,也沒有一個很好很專業的測試機構,對電流諧波等指標進行檢測。
不可否認,太陽能光伏的發展在中國才剛剛起步,太陽能光伏並網上也存在不少問題。但是太陽能產業是一個擁有巨大潛力的商業領域,長遠來看,並網也是大勢所趨。並網的發展肯定將對行業廠商帶來新一輪的挑戰。張海波就非常強調對電子變壓器供應商的要求:“首先,要有一定的規模、有批量生產交貨的能力、品質保證;其次,在工藝設計上、生產過程都有一個很好的控制;再次,它的技術能力要比較強,能配合公司產品;最後,性價比也是考慮的重要因素。尤其是在目前矽原材料的價格下降很厲害的情況下。”目前針對太陽能逆變電源對電子變壓器提出的新要求,絕大部分的行業廠商還處在緊鑼密鼓的準備和籌畫當中。由太陽能光伏市場帶動的廣闊的逆變電源市場充滿誘惑,但同時也充滿了挑戰。
筆者認為,當前形態下,行業廠商要積極關注市場新興的應用領域,抓住政策機遇,提高產品性能,儘快在太陽能光伏市場下佔據制高點。因為隨著越來越多的企業加入到光伏產業中,全球光伏市場也不免存在供大於求的情況,因此,作為行業企業,更要及早抓住太陽能逆變電源的大好市場,放眼全球,從長遠角度出發,從技術創新中尋找突破點,佔領技術前沿地位,真正在太陽能光伏市場中獲得決勝優勢。