太陽能光伏發電系統的發展為半導體行業帶來新機會 １

　　太陽能和其它可再生能源將逐漸替代石油、煤炭等化石能源。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、安全性以及逐漸顯露出的經濟性等優勢，將成為人類理想的替代能源。
　　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。
　　在中國，據報道2010年以前太陽能電池多數是用于獨立光伏發電系統，從2011年到2020年，光伏發電市場主流將會由獨立發電系統轉向并網發電系統。未來15年內，中國將投資2000多億元，充分利用西部地區和沿海地區太陽日照時間長的優勢，興建太陽能供熱系統、太陽能光熱應用示范工程和大型太陽能光伏發電站，大力發展太陽能產業。預計到2015年，中國的光伏產量將達到1GWp，位居世界先進水平，2020年將達到35GWp。
　　因此，市場上有望出現并網太陽能發電系統的建設高潮，本文首先介紹太陽能供電系統的基本概念，并結合具體電路說明用于并網太陽能發電系統的逆變器智能控制技術，從而說明太陽能產業發展將給半導體行業帶來的新機遇。
　　太陽能供電系統：概念和發展方向
　　太陽能供電系統由太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池(組)組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。各部分的作用為：
　　1. 太陽能電池組件是太陽能供電系統中的核心部分，也是太陽能供電系統中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能量轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。太陽能電池組件的質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本。
　　2. 太陽能控制器的作用是控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償的功能。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是控制器的可選項。
　　3. 蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池組件所供出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。
　　4. 逆變器：由于太陽能的直接輸出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。為能向220VAC的電器提供電能，需要將太陽能供電系統所供出的直流電能轉換成交流電能，因此，需要使用DC-AC逆變器。
　　隨著全球能源需求的增長，大型和超大型并網光伏電站系統的建設已經在全球如火如荼地展開，它們發出的電能直接并入高壓輸電網絡，并可參與電力的輸送和調配，因此，是世界各國未來太陽能發電的重要發展方向。圖2所示為Navigant Consulting對未來幾年全球光伏市場發展趨勢的預測，其中可見，并網發電系統的增長最快。
　
圖2：未來幾年全球光伏市場發展趨勢的預測。
　　在光伏發電系統中，除了防止蓄電池過充和過放、防反充電等的控制器之外。逆變器也是光伏發電系統中的另一個關鍵部件，光伏發電系統用的逆變器對可靠性和逆變效率有很高的要求，其中，如何提高逆變器的DC/AC轉換效率是業內面臨的關鍵挑戰之一。
　　光伏發電系統逆變器：半導體行業發展的新機遇

圖3：逆變器電路的基本方框圖。
　　逆變器電路的基本框圖如圖3所示，首先，由DC/DC轉換(圖中沒有顯示DC/DC轉換和調整部分)提升或降低輸入的電壓，調節其輸出以實現最大的效率。在經過一些附加的電壓緩沖之后，左側電橋中的MOSFET通常由18-20KHz的開關頻率，把DC電壓轉換為AC電壓。一般來說，單相H橋是DC/AC級的常見配置，但是，也可以采用三相和其它配置。最后，低通濾波器平滑由開關切換產生的交變電壓，從而產生用于并網光伏發電系統的正弦交流電輸出。