电子变压器与电感网

  • 时间:2021-05-06 16:37  来源:未知   作者:admin   点击:

  近年来,随着人们环保意识的增强,对于可再生能源的关注越来越多。在太阳能、风能、潮汐能等各类可再生能源中,太阳能成为了专家们的首选。能源专家指出,在可再生能源中,太阳能取之不尽,清洁安全,是理想的可再生能源。不管从资源的数量、分布的普遍性,还是从清洁性、技术的可靠性来看,太阳能都比其它可再生能源更具有优越性。

  根据预测,到2050年各种一次性能源在世界能源消费构成中所占的比例将为:天然气13%、煤20%、核能10%、水电5%、可再生能源(含太阳能、风能、生物质能等)50%。太阳能以其储量的“无限性”、存在的普遍性、开发利用的清洁性、安全性以及经济性等绝对优势,将成为人类最理想的替代能源。太阳能产业展现出巨大的发展前景。

  目前太阳能的利用主要有两大重点方向,一是把太阳能转化为热能,另一个就是将太阳能转化为电能(即通常所说的光伏发电),其中光伏发电是重点。受益于太阳能产业的长期利好,整个光伏产业出现了前所未有的发展机遇。根据欧洲光伏工业协会(EPIA)的数据显示,2010年太阳能发电量的增幅可达4倍,达 5550 兆瓦。如图1所示,为欧洲光伏工业协会对全球太阳能光伏发电量的预测。

  对于电子变压器行业厂商而言,了解目前太阳能光伏市场发展动态,把握太阳能光伏行业发展趋势,对于整个行业的发展是至关重要的。如何在这个市场经济萧条的大环境下把握好政策方向,找准目标重点突击,将是电子变压器厂商面临的重要问题。本期应用对话,记者将通过联系太阳能光伏产业下的整机企业与行业厂商,与你一同走进“太阳能时代”,一同挖掘这个时代下潜在的巨大发展前景。

  我国作为世界上太阳能资源较丰富且分布范围较广的国家,全国2/3以上的地区年日照大于2000小时,陆地面积每年接受的太阳辐射能相当于24000亿吨标准煤,约相当于6万个三峡工程发电量的总和。如此庞大的太阳能资源成了中国的太阳能产业持续快速发展的保障。来自联合国环境规划署的最新报告显示,中国太阳能产业规模位居世界第一,可再生能源正迅速从“替代能源”向“主流能源”转变,2008年全球相关投资估计超过一千亿美元,中国等发展中国家在可再生能源利用方面发展迅速。

  不容置疑光伏产业成为了世界上发展最快的能源产业之一,在各国政府的扶持下,光伏发电产业自20世纪80年代以来得到了迅速发展。最近10年光伏发电产业的年平均增长率为30%,近5年的年平均增长率为40%。中国政府在《可再生能源长期规划》提出,太阳能光伏发电装机容量到2010年将发展到450MWp,而2005年全国太阳能发电装机容量仅为6.5MWp,这就意味着中国太阳能装机容量的复合增长率将会高达38%以上。太阳能光伏发电展现出如此巨大的发展空间,无疑,中国,真正迎来了前景光明的“太阳能时代”。

  尽管受2008年金融危机影响,整个光伏产业的发展短期里受到不少的打击。但让人可喜的是,国家出台的相关的扶持政策,在很大程度上拉动了我国太阳能光伏市场的发展。2009年2月18日,国务院常务会议审议并原则通过《电子信息产业调整和振兴规划》,明确提出加快电子元器件产品升级,提高薄膜太阳能电池等产品的研发生产能力。在落实扩大内需措施上,要求支持国内光伏发电市场发展,同时提出要研究出台光伏发电的鼓励政策。3月26日,财政部正式发布了《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》和《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》,支持开展光电建筑应用示范,实施“太阳能屋顶计划”,城市光电建筑一体化应用,农村及偏远地区建筑光电利用等给予定额补助,2009年补助标准原则上定为20元/Wp。这两个政策的出台,对于整个太阳能光伏产业的发展无疑起到一个很大的推动作用。

  “太阳能时代”的到来,对于很多厂商而言无疑是充满了诱惑、充满了希望,他们都在紧盯着这个新兴的市场。创磁电子有限公司工程师孔浩告诉记者说:“今年公司开始关注太阳能领域并开始了前期的研发工作。作为未来的一个主流,公司目前也是在探索阶段。因为大家对于未来环保、对于可再生能源这些主题都十分关注,公司当然也不能错过这个机会。”深圳京泉华电子有限公司总经理助理吕小荣表示,公司也非常愿意在太阳能市场去做进一步的投入。“太阳能领域属于国家一个扶持项目,因为它环保、节能,会是未来发展的一个方向。”

  太阳能光伏发电产业的利好市场,必然带来相关行业的快速发展。太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成。主要由电子元器件构成,不涉及机械部件,因而发电设备极为精炼,可靠、稳定、寿命长,安装维护简便。与常用的火力发电系统相比,太阳能发电系统除了无污染排放,还具有建设周期短和可利用建筑屋面的优势。其中太阳能逆变器是整个太阳能系统的关键组件。因为太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、 48VDC。如果要向220VAC的电器提供电能,需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能,这个时候就需要使用逆变器。另外,它可将光伏电池的可变直流输出转换成清洁正弦 50 或 60Hz 电流,也非常适用于为商业电网或地方电网提供电源。伴随着太阳能光伏市场的发展,太阳能逆变器市场必然带来新的春天。

  来自iSuppli公司对于太阳能应用市场逆变器出货量的预测,随着市场对替代能源的需求增长以及太阳能系统设计采用方式的多样化,电源管理电子器件的需求越来越大。预计2008-2012年全球用于太阳能应用的逆变器出货量将增长到13倍。2012年全球用于太阳能系统的逆变器出货量将从2008年时的723,329个增长到950万个。图2所示为iSuppli公司对于太阳能应用市场逆变器出货量的预测。

  图2:全球用于太阳能应用的逆变器出货量预测 来源:iSuppli公司,2009年3月

  佛山市新光宏锐电源设备有限公司番毅副经理告诉记者说:“公司已经在接触太阳能逆变电源领域,也非常关注相关的市场动态,”他强调,“这将有一个很大的发展空间。虽然目前公司还没有在做这一领域的产品,但是会作为公司一个长远的发展规划,继续关注市场的变化。”南京冠亚电源设备有限公司张海波总经理也表示说:“一直以来,光伏、风电都是公司发展的重点领域。未来的发展也将重点关注光伏发电市场。”富利电子厂的副总经理文国光也表示,目前公司研发部已经在做太阳能逆变电源的研发,太阳能逆变电源市场前景广阔。

  一般而言,应用于逆变器中的电子变压器主要有升压变压器和隔离变压器两种。由于输入直流电压要比交流输出电压的电平要高,但太阳能电池板提供的输入源电压通常没有那么高,因此系统要在交流输出一侧采用升压变压器来提升电压。同时,需要隔离变压器隔离两侧的电路,防止直流电流到交流电一侧,提高了对电路的保护,也增加用户的安全性。

  逆变电源按变换方式可分为工频变换和高频变换。工频变换是利用分立器件或集成块产生50Hz方波信号,然后利用该信号去推动功率开关管,利用工频升压变压器产生220V交流电。由于采用工频变压器,体积大、笨重、价格高,目前主要应用于大型太阳能光伏电站。 但随着功率MOSFET工艺的日趋成熟及磁性材料质量的提高,高频变换逆变电源才走向市场。高频变换逆变电源是通过高频DC/DC变换技术,先将低压直流变为高频低压交流,经过脉冲变压器升压后再整流成高压直流。由于采用高频变压器,体积小、重量轻,而且输出电压非常稳定,负载能力强,性能价格比高,是目前可再生能源发电系统中首选产品。在国外发达国家的中小交流光伏系统中得到普遍的使用。

  高频化的发展带来更广阔的应用市场,同时对应用其中的电子变压器无疑是提出了更高的要求。张海波强调,太阳能逆变电源对电子电子变压器的电性能、可靠性、效率等要求都很高。“具体要求电子变压器的效率高、发热低、电压范围宽、设计一体化。另外,工艺设计上,外观也要美观,适应市场需求,体积要小,尤其是针对户用型的用户。”因为作为太阳能光伏发电系统的重要组成部件,太阳能逆变器在转换效率、可靠性、电压范围等方面都有着极高的要求,这当然也要求电子变压器在各方面的性能上也能配合。

  首先,逆变器要具备高的工作效率。常用的太阳电池矩阵的光电转换效率小于15%,若然逆变器效率不能保证,太阳电池转换来的电能就容易损耗掉,造成资源的二度浪费。所以一般要求逆变器效率要大于90%,在有效保障逆变器的转换效率的前提下,才能最大限度地利用太阳能。

  其次,逆变器要具备高的可靠性。对于边远地区和海岛的独立型太阳能发电设备,要求逆变器能承受恶劣的使用环境,能保证在少维护条件下长期工作。而对于应用家庭的并网型太阳能发电设备,又要求逆变器的电磁干扰少,不影响人的生活的同时也不妨碍其他家用电器工作。因此逆变器的可靠性一定要保证。

  另外,还得保证逆变器有一个较宽的电压范围。太阳能电池的端电压随负载和日照强度而变化,而蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动,特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大,如12V蓄电池,其端电压可在10V~16V之间变化,这就要求逆变器必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作,并保证交流输出电压的稳定。

  作为一个新兴的市场,尽管对电子变压器行业厂商而言,他们面临着很高的要求,但是这块蛋糕太大了,人人都在跃跃欲试。东莞正茂电子厂的黄楚平先生表示,尽管目前还没有做太阳能逆变电源的领域,但是非常愿意开发这一新兴市场。他强调说:“目前公司的产品性能已经能够匹配太阳能逆变电源的要求。”

  太阳能光伏发电系统有独立运行和并网运行两种方式。独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置,主要用于无电网的边远地区和人口分散地区,整个系统造价很高;在有公共电网的地区,光伏发电系统与电网连接并网运行,省去蓄电池,不仅可以大幅度降低造价,而且具有更高的发电效率和更好的环保性能。今后交流光伏发电系统是光伏发电的一个主流,并网运行也必将是光伏发电的一个趋势。

  目前我国使用较多的太阳能户用照明系统以及远离电网的微波站供电系统主要以直流用户系统为主,即将太阳电池发出的电能给蓄电池充电,而蓄电池直接给负载供电,但由于负载直流电压的不同,难以实现系统的标准化和兼容性,特别是民用电力,以直流电力供电的光伏电源也就难以进入商品市场。随着人们生活水平的提高,对交流系统应用的需求进一步增大,太阳能光伏电源也逐步走向通用化、标准化。可以说从偏远无电地区中小功率的独立发电系统向并网发电系统的方向发展是太阳能光伏产业的一个发展趋势。

  番毅表示说:“由于在技术上还不太成熟,普通家庭应用型太阳能发电系统的普及化还有一个比较长的过程。”石家庄国耀电子科技有限公司时桂斌告诉记者说:“很看好太阳能光伏领域。目前公司已经有太阳能离网逆变电源产品的供应,但并网逆变电源还处于一个研发阶段。”他指出,离网系统应用已经很普通,主要应用在海峡基站、边远点去、山顶通讯基站等远距离传送的地方,这些边远地区用电缆不方便,一边情况下都是风力发电或者太阳能发电。“离网逆变电源技术已经很成熟,但是由于离网逆变电源一定要应用到蓄电池来存储,这样污染很严重,成本也很高。”目前,小型太阳能家庭发电系统还是不多,主要是一些富裕的人在自家的别墅上安装使用。由于成本太高,还很难普及,这需要政策扶持。因此,在并网成为一种趋势的前提下,“我希望国家能出台相关政策,鼓励太阳能产业的发展。同时在参考国外成熟技术和政策的情况下,出台相关的标准、政策来鼓励发展太阳能并网系统。”

  张海波也表示说:“总体而言,从现在国外的一些光伏产业的发展,从国家对可再生能源的扶持等来看,并网是全球的一个趋势。对于整个光伏发电产业来说,并网给了产业规模化、标准化发展的机会。”同时,他也表示出对目前国家并网的一些忧虑,他指出:“国家现在不可能实现并网,有出自效益、电网收费、安全、性能要求等方面的考虑因素。”他认为,并网还存在不少的阻碍,比如说国家还还没有一个确定的标准,也没有一个很好很专业的测试机构,对电流谐波等指标进行检测。

  不可否认,太阳能光伏的发展在中国才刚刚起步,太阳能光伏并网上也存在不少问题。但是太阳能产业是一个拥有巨大潜力的商业领域,长远来看,并网也是大势所趋。并网的发展肯定将对行业厂商带来新一轮的挑战。张海波就非常强调对电子变压器供应商的要求:“首先,要有一定的规模、有批量生产交货的能力、质量保证;其次,在工艺设计上、生产过程都有一个很好的控制;再次,它的技术能力要比较强,能配合公司产品;最后,性价比也是考虑的重要因素。尤其是在目前硅原材料的价格下降很厉害的情况下。”目前针对太阳能逆变电源对电子变压器提出的新要求,绝大部分的行业厂商还处在紧锣密鼓的准备和筹划当中。由太阳能光伏市场带动的广阔的逆变电源市场充满诱惑,但同时也充满了挑战。

  笔者认为,当前形态下,行业厂商要积极关注市场新兴的应用领域,抓住政策机遇,提高产品性能,尽快在太阳能光伏市场下占据制高点。因为随着越来越多的企业加入到光伏产业中,全球光伏市场也不免存在供大于求的情况,因此,作为行业企业,更要及早抓住太阳能逆变电源的大好市场,放眼全球,从长远角度出发,从技术创新中寻找突破点,占领技术前沿地位,真正在太阳能光伏市场中获得决胜优势。