我們所處的時代最大的挑戰(zhàn)是什么？從全球的角度看，氣候變化是目前最大的挑戰(zhàn)，比如溫室效應(yīng)、全球氣候變暖以及海平面的上升。所有這一切都跟二氧化碳的排放量相關(guān)。根據(jù)權(quán)威機構(gòu)IEA的調(diào)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(shù)級遞增，2022年達到頂峰36.8Gt的二氧化碳排放量。我們這個人類大家庭要讓地球更好發(fā)展，每個人都要貢獻自己的一份力量。yGResmc
在二氧化碳36.8Gt的排放量中，最大的排放量（40%）來自于發(fā)電。第二部分是工業(yè)應(yīng)用，占25%，傳統(tǒng)上通過煤、油、氣來發(fā)電，二氧化碳排放量就非常大。要做到對地球友好，就一定要擴展新能源的應(yīng)用，包括風(fēng)能、光伏發(fā)電。第三部分是一些國家和地區(qū)布局的風(fēng)能或太陽能發(fā)電。但這些新能源發(fā)電有一個天生的特點，就是不持續(xù)性或間歇性。在過去很多時候，新能源發(fā)電甚至被稱為垃圾電，因為它不能很好地被電網(wǎng)利用。這時，就需要做儲能。yGResmc
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可以把儲能簡單分成兩大部分：表前儲能和表后儲能。表前儲能又分兩大塊：首先是發(fā)電側(cè)的儲能，比如風(fēng)能發(fā)電站、光伏發(fā)能站；其次，要將發(fā)的電傳輸?shù)角Ъ胰f戶，就有配電側(cè)的儲能。表后儲能也分為兩大塊：一部分是家用的儲能，另一部分就是工商業(yè)的儲能。yGResmc
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那么，在表后戶用儲能部分，都有哪些先進技術(shù)可以在背后進行支撐呢？yGResmc
日期，在第11屆EEVIA年度中國硬科技媒體論壇暨產(chǎn)業(yè)鏈研創(chuàng)趨勢展望研討會上，英飛凌電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部應(yīng)用管理高級經(jīng)理徐斌帶來“英飛凌一站式系統(tǒng)解決方案，助力戶用儲能爆發(fā)式發(fā)展”主題演講。據(jù)介紹，在表后戶用部分，儲能很多時候是作為自發(fā)自用，也即在自己家里安裝太陽能板，將所發(fā)的電存儲到自己家里的儲能設(shè)備。這主要以電池為主，供自己家里的電器使用。同時它還承擔(dān)了一定的電網(wǎng)調(diào)節(jié)作用，特別在夏天，把空調(diào)開起來，或者在冬天，把暖氣開起來，儲能可以承擔(dān)調(diào)峰的作用。yGResmc
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英飛凌電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部應(yīng)用管理高級經(jīng)理徐斌yGResmc
講到戶用儲能，根據(jù)它的技術(shù)特點又可分為兩種：一部分是交流耦合；另一部分是直流耦合。交流耦合就是裝了儲能系統(tǒng)，跟電網(wǎng)和逆變器的輸出部分做能量交換。直流耦合的能量交換則是跟逆變器的直流母線。也就是說，它的能量可以來自兩個部分：一部分從太陽能光伏板取電，另一部分則通過電網(wǎng)取電，所以至少可從兩個方向來取電。yGResmc
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交流耦合和直流耦合分別針對什么市場呢？交流耦合主要針對存量市場。“光伏已經(jīng)發(fā)展了這么多年，在很多歐洲國家或者國內(nèi)用戶，他們自己已經(jīng)配備了光伏或太陽能分布式系統(tǒng)，但十年前或者五年前大家都沒有配儲能，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)電價貴了，或者突然想裝儲能了。要裝什么樣的儲能呢？這時候就會裝交流耦合，因為以前的逆變器不太適合從DC的部分把能量傳輸出來，所以存量市場一般會首選交流耦合。此外，還有北美市場也更喜歡裝交流耦合，代表性的有特斯拉的Powerwall。”徐斌介紹道。yGResmc
直流耦合比較受歡迎的是在一些新裝的市場。新裝市場需要同時考慮光伏發(fā)電及儲能，比較有代表性的是特斯拉前不久發(fā)布的Powerwall 3。yGResmc
戶用儲能這十年來非常火。據(jù)IHS的最新報告，儲能近十年的發(fā)展可以達到30.9%的CAGR。然而，根據(jù)最近國內(nèi)上市公司財報，有些業(yè)內(nèi)人士可能會有疑惑，今年的儲能似乎沒有那么火，甚至有些公司Q2環(huán)比比Q1還衰減了。yGResmc
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徐斌解釋道，首先這個市場的發(fā)展，它的安裝量確實在迅猛發(fā)展。但是因為在2022年它真的太火了，每個地區(qū)都在爆發(fā)式地發(fā)展，所以導(dǎo)致以前不是做儲能的廠商都進軍了儲能，從而造成目前市場上的供大于求的情況。他認為，目前這個市場只是暫時性的低迷，在三個月或六個月的庫存消耗完以后，戶用儲能還會朝著良性的趨勢發(fā)展。yGResmc
如下圖所示，橙色部分代表戶用儲能安裝量，紫色部分代表出貨量。2022裝機需求大約在14000MW，但實際出貨量可能接近18000MW，因此2022差不多有4000MW的庫存積壓，也即儲能逆變器或儲能系統(tǒng)安裝商每家都有很多庫存。“所以，等紫色跟橙色的gap消耗完以后，整個儲能還是會更加健康地發(fā)展。”他補充說。yGResmc
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徐斌認為，2023年比2022年的發(fā)展相對緩慢，主要原因有很多：yGResmc
第一，去年受戰(zhàn)爭和能源危機的影響，在歐洲有著迅猛發(fā)展。隨著歐洲能源供需情況得到緩解，能源價格在2023年有很大的回落，這樣會影響到戶用儲能的裝機熱情。所以可以看到2023年雖然還是持續(xù)增長，但增長幅度相比2022年有很大的減小。yGResmc
第二，跟經(jīng)濟大環(huán)境有關(guān)。在歐洲、在北美，它的通脹會影響到大家裝戶用儲能的熱情。yGResmc
第三，國外跟國內(nèi)的情況不一樣。國外還是非常欠缺PV板，即光伏組件和儲能一體化系統(tǒng)安裝有經(jīng)驗或合格的勞動力資質(zhì)，這塊在歐美比較欠缺。雖然生產(chǎn)了很多的逆變器或儲能系統(tǒng)，但因為缺少有資質(zhì)的安裝商，所以造成了在安裝渠道上有一定量的積累。yGResmc
戶用儲能應(yīng)用趨勢和需求
這十年，戶用儲能的增長已經(jīng)達到30.9%。未來的戶用儲能會往什么方向發(fā)展，有什么特點呢？下圖給了我們一個很好的啟發(fā)。yGResmc
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首先，以前的戶用光伏系統(tǒng)只是一個單純的光伏發(fā)電功能，可能是一個微型逆變器，也可能是一個分布式的光伏組件加一些優(yōu)化器。但近年來，光伏安裝會配備儲能，這是一個特點。yGResmc
其次，隨著未來戶用儲能的需求更加強烈，也伴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(xiàn)在非常熱的光儲充一體系統(tǒng)。yGResmc
最后，除了硬件上的光儲充一體系統(tǒng)以外，在戶用儲能市場還會有軟件方面和能源管理方面的突破。每個家庭裝了光儲充一體機以后，形成自發(fā)自用的能量微網(wǎng)，特別在一些偏遠地區(qū)，或者在歐美國家，在電網(wǎng)沒有那么順暢或者電網(wǎng)出現(xiàn)問題的時候，就完全能滿足自己家庭的使用。yGResmc
中國有很多廠商都在做戶用儲能系統(tǒng)。那么這樣的系統(tǒng)有什么技術(shù)要求或特點呢？yGResmc
在調(diào)研了很多公司，并融合了自身對市場的看法后，英飛凌覺得以下幾條非常重要：yGResmc
第一，未來，光伏一定要搭配儲能。yGResmc
第二，光伏儲能電池的容量、儲能系統(tǒng)的體積大小、儲能系統(tǒng)的重量，以及儲能系統(tǒng)的成本，所有這些重要特性都是跟電源轉(zhuǎn)換效率相關(guān)。也即如果效率做得更高，體積和成本也就都能得到相應(yīng)的提升。yGResmc
第三，因為很多儲能系統(tǒng)用在戶用，戶用的條件就限制了體積不能太大，里面的散熱全部都是無風(fēng)扇散熱，也即通過自然冷卻散熱。這時如何選擇半導(dǎo)體元器件，保證它的溫升最小，這也是很大的挑戰(zhàn)。yGResmc
總結(jié)來說，基于以上三條，未來光伏戶用儲能系統(tǒng)的效率和功率密度是最制約未來產(chǎn)品競爭力的重要因素。yGResmc
英飛凌一站式解決方案及產(chǎn)品亮點
如何應(yīng)對這樣的高功率密度、最小的溫升等挑戰(zhàn)呢？英飛凌強烈推薦使用SiC MOS，也就是第三代半導(dǎo)體。第三代半導(dǎo)體有以下四點優(yōu)勢非常匹配當(dāng)前戶用儲能方案的需求：yGResmc
第一，從現(xiàn)在硅器件轉(zhuǎn)到碳化硅系統(tǒng)，可以提升很高的效率；yGResmc
第二，SiC MOS的體積比較小，可以提升功率密度；yGResmc
第三，它非常靈活，SiC MOS的pin腳或使用方法都可以跟硅的系統(tǒng)做到無縫連接；yGResmc
第四，它的Scalability非常好，從650V，到1200V，1700V都有。yGResmc
下圖是戶用儲能系統(tǒng)的Function Block。簡單來說包括兩大部分：一是儲能的介質(zhì)，也即電池包；二是它的功率轉(zhuǎn)換部分。功率轉(zhuǎn)換又分為兩個部分：一是DC/DC轉(zhuǎn)換；二是逆變或DC/AC轉(zhuǎn)換。跟傳統(tǒng)的光伏系統(tǒng)很大的不同之處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(xiàn)在的戶用儲能既要充電又要放電。yGResmc
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其中，英飛凌可以提供一站式的解決方案。英飛凌目前提供的產(chǎn)品包括功率器件、MOS、IGBT、IGBT模塊等，還可以提供MCU、安全保護芯片、電流傳感器等方案。因此，在整個戶用儲能中，英飛凌可以提供一站式的解決方案，幫大家做最快最易用的設(shè)計。yGResmc
就寬禁帶半導(dǎo)體和硅基器件而言，英飛凌是目前全球僅有少數(shù)幾家能同時做到以上三種半導(dǎo)體的公司，從硅的MOS和IGBT到碳化硅650V到1200V的MOS、包括GaN的產(chǎn)品。英飛凌是這個行業(yè)里面做得最完整的公司，徐斌補充說。yGResmc
另一方面，以上這三種產(chǎn)品，它們的設(shè)計和生產(chǎn)、封裝全部是由英飛凌自己內(nèi)部控制，這樣的話就可以把產(chǎn)品品質(zhì)做到極致。yGResmc
下面來看下英飛凌在中壓MOS的產(chǎn)品路線圖。在中低壓MOS方面，英飛凌有2個產(chǎn)品系列：StrongIRFET和OptiMOS。StrongIRFET產(chǎn)品來源于2016年英飛凌收購的IR公司。英飛凌在收購這家公司以后，對該產(chǎn)品也做了一些升級，比如StrongIRFET 2。OptiMOS則是英飛凌傳統(tǒng)的中低壓MOS的產(chǎn)品，目前也已發(fā)布第六代產(chǎn)品。yGResmc
從產(chǎn)品性能來看，OptiMOS 6目前在全球處于遙遙領(lǐng)先的位置。“從兩個維度來看，一是從100V產(chǎn)品的RDS(on)來看，目前英飛凌可以做到2.2mΩ，而最好的對手產(chǎn)品是3.2mΩ。我們差不多比對手小30%左右。第二，如果從ΔQg來看，我們的指標(biāo)要比對手小差不多27%，比我們上一代產(chǎn)品小50%左右。”徐斌介紹說。yGResmc
目前英飛凌在650V/750V有很多產(chǎn)品，包括硅基器件、碳化硅和GaN，那么怎么看這幾個產(chǎn)品的定位呢？特別是對于工程師來講，現(xiàn)在有GaN和碳化硅，那么在做系統(tǒng)設(shè)計的時候要怎么選型呢？在低壓、功率比較小、開關(guān)頻率比較快的領(lǐng)域，英飛凌推薦使用GaN的器件。另一方面，在開關(guān)頻率沒有那么高，但功率等級比較高的領(lǐng)域，則推薦使用碳化硅的器件。yGResmc
例如，在傳統(tǒng)的NPC1的拓撲中使用650V的SiC MOSFET，跟傳統(tǒng)的IGBT相比，在70kHz的情況下，效率提升了1.3%。yGResmc
英飛凌也發(fā)布了第二代碳化硅MOS產(chǎn)品，以650V、57mΩ的產(chǎn)品做性能對比的話，可以看到第二代比第一代Qoss、Eoss、Ciss等性能降低了差不多30%。另一方面，第二代產(chǎn)品同時保留了易用性，V(GS)th還保持了很高的水準，差不多在4.5V。這樣帶來的好處就是，客戶在0V時就可以對這個器件進行關(guān)斷的操作。yGResmc
參考設(shè)計和評估板
最后來看下解決方案。yGResmc
英飛凌做了一個差異化的產(chǎn)品，5電平4kW的方案。通過這個解決方案，不需要用到600V的器件，僅僅用150V器件就可以了。它的效率也可以非常高，可以在80%負載時做到98.5%的效率，這個效率也遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的Heric的拓撲。yGResmc
另外，英飛凌還提供雙向的DC/DC Demo板、包括碳化硅圖騰柱的Demo板等等。yGResmc
除了碳化硅器件，氮化鎵也是一個熱點話題，英飛凌也做了一些GaN的Demo，以及Totem Pole的Demo等等，用戶感興趣的話也可以申請、測試。yGResmc
總結(jié)yGResmc
目前戶用儲能系統(tǒng)看起來很簡單，其實它內(nèi)部結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，里面涉及的器件很多。英飛凌可以提供完整的解決方案，提高功率密度并提升效率。英飛凌同時還有很多MCU、傳感和通信器件，這些產(chǎn)品也可以帶給用戶更快更好的設(shè)計體驗。yGResmc
責(zé)編：Zengde.Xia
