近年來(lái)，在全球可持續(xù)發(fā)展及國(guó)家政策的導(dǎo)向下，新能源話題實(shí)屬大熱。光伏儲(chǔ)能作為一種可再生能源利用技術(shù)，在全球能源結(jié)構(gòu)中扮演著重要角色。當(dāng)前，中國(guó)正在努力實(shí)現(xiàn)“碳中峰”“碳中和”目標(biāo)，持續(xù)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力發(fā)展可再生能源。
中國(guó)是全球最大的光伏和儲(chǔ)能市場(chǎng)之一，80%以上的硅料由中國(guó)企業(yè)提供。中國(guó)在光伏儲(chǔ)能技術(shù)方面已經(jīng)具有領(lǐng)先地位，掌握了光伏板、光伏組串式逆變器和儲(chǔ)能變流器等核心技術(shù)，推動(dòng)著新能源領(lǐng)域迅速發(fā)展。
在此背景下，2023(第三屆)中國(guó)電子熱點(diǎn)解決方案創(chuàng)新峰會(huì)以“聚焦新能源·蓄勢(shì)謀新篇”為主題于11月24日在深圳圓滿舉辦，就促進(jìn)新能源發(fā)展為行業(yè)帶來(lái)了優(yōu)異的解決方案和科研成果展示。峰會(huì)期間，我們也針對(duì)光伏儲(chǔ)能技術(shù)話題與陽(yáng)光電源和首航新能源等代表廠商進(jìn)行了深入交流。
光伏儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展 覆蓋率達(dá)80%
相比于傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電，光伏儲(chǔ)能具有環(huán)保、清潔、安全、可持續(xù)的優(yōu)點(diǎn)。在當(dāng)前的大環(huán)境下，光伏儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展具有很大的發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)前景。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，光伏儲(chǔ)能技術(shù)是一種利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，并儲(chǔ)存于電池組中，之后將儲(chǔ)存的能量釋放出來(lái)實(shí)現(xiàn)充電或供電的技術(shù)。這種技術(shù)可以有效解決電力供需不平衡和電網(wǎng)波動(dòng)等問(wèn)題，提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)，尤其在無(wú)電或離網(wǎng)地區(qū)發(fā)揮著重要作用。
回顧中國(guó)光伏儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，最早可追溯到2010年左右。經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，中國(guó)光伏儲(chǔ)能的體量已經(jīng)相當(dāng)驚人。根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的1-10月份全國(guó)電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，1~10月光伏新增裝機(jī)達(dá)到142.56GW，同比增長(zhǎng)144.78%;截至10月底，全國(guó)累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量約28.1億千瓦，同比增長(zhǎng)12.6%。
圖源國(guó)家能源局
目前，國(guó)內(nèi)的光伏儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)已正處于快速發(fā)展階段。在應(yīng)用市場(chǎng)需求拉動(dòng)下，光伏產(chǎn)業(yè)鏈制造端的生產(chǎn)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。2022年相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近年來(lái)，光伏儲(chǔ)能企業(yè)數(shù)量激增，注冊(cè)企業(yè)已達(dá)8萬(wàn)家。首航新能源光儲(chǔ)解決方案高級(jí)專家吳明表示，大家都朝著這個(gè)方向發(fā)展，認(rèn)為市場(chǎng)有利可圖，許多資本也朝著這個(gè)方向注資，這是儲(chǔ)能行業(yè)近兩年火爆的原因。
光伏儲(chǔ)能項(xiàng)目主要分為大型集中儲(chǔ)能、工商業(yè)儲(chǔ)能和戶用儲(chǔ)能。就中國(guó)正逐步提高的光伏覆蓋情況來(lái)看，西北地區(qū)已經(jīng)有大型的光伏基地，光伏板應(yīng)用較多;而在中東部地區(qū)，則更傾向于屋頂光伏，裝在屋頂或工商業(yè)廠房上。目前，全國(guó)各地的工商業(yè)廠房和屋頂光伏已經(jīng)覆蓋了80%以上，企業(yè)仍在尋找更多屋頂進(jìn)行安裝。而隨著光伏儲(chǔ)能知識(shí)的普及，普通老百姓也會(huì)慢慢開(kāi)始考慮安裝光伏設(shè)備。
不過(guò)，光伏儲(chǔ)能市場(chǎng)發(fā)展也會(huì)受地區(qū)條件的限制。吳明認(rèn)為，大儲(chǔ)發(fā)展受限的主要原因在于電價(jià)太低，沒(méi)有利潤(rùn)，無(wú)法在國(guó)內(nèi)大面積鋪開(kāi)。任何產(chǎn)業(yè)或產(chǎn)品都需要具備可靠的盈利模式才能持續(xù)向前發(fā)展。工商業(yè)儲(chǔ)能之所以在國(guó)內(nèi)能夠有很好的發(fā)展，是因?yàn)樗邆淞擞Ｊ�，業(yè)主能夠通過(guò)自己裝光伏在五年或六年之內(nèi)收回成本。而戶儲(chǔ)的成本比較高，但隨著電池和電信成本的降低，未來(lái)有一段時(shí)間會(huì)促進(jìn)戶儲(chǔ)的發(fā)展。
值得注意的是，工商業(yè)儲(chǔ)能單個(gè)項(xiàng)目規(guī)模相對(duì)較小，但同一地域趨同性相對(duì)較高，在項(xiàng)目數(shù)量與項(xiàng)目規(guī)模方面具有較高的可擴(kuò)張性，因此具有廣泛渠道布局及地域資源的企業(yè)或?qū)⒙氏葘?shí)現(xiàn)突破。另外，工商業(yè)儲(chǔ)能作為用戶側(cè)儲(chǔ)能，主要目標(biāo)客戶為小工商業(yè)用戶，對(duì)產(chǎn)品性能、壽命、運(yùn)維等方面均提出較高要求，具有核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)與研發(fā)能力賽道企業(yè)可能更具競(jìng)爭(zhēng)力。
光伏儲(chǔ)能技術(shù)面臨挑戰(zhàn)，也在創(chuàng)新
眾所周知，降低光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本，還可以進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)企業(yè)正是因?yàn)樯瞄L(zhǎng)降低成本，使得中國(guó)在光伏儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展迅速。
吳明認(rèn)為，隨著國(guó)家對(duì)電力電子器件的重視和國(guó)內(nèi)芯片技術(shù)的進(jìn)步，中國(guó)光伏并網(wǎng)逆變器的國(guó)產(chǎn)化率已經(jīng)超過(guò)80%。這也使得美國(guó)在光伏儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)χ袊?guó)的限制失效。
儲(chǔ)能逆變器在光伏系統(tǒng)，發(fā)揮著交/直流轉(zhuǎn)換、功率控制、并/離網(wǎng)切換等重要功能。而隨著光伏儲(chǔ)能技術(shù)的壽命和穩(wěn)定性的提高，半導(dǎo)體和磁元件等器件的要求也被相應(yīng)提高。據(jù)嗶哥嗶特產(chǎn)業(yè)研究室報(bào)告，儲(chǔ)能逆變器里半導(dǎo)體器件主要包括IGBT、MOS管、MCU、電源管理IC、電容、PCB板等，其中IGBT、MOS管、電源管理IC在儲(chǔ)能逆變器里占比高、數(shù)量多，是必不可少的器件。
MCU是逆變器中不可或缺的關(guān)鍵部件，而MPPT(最大功率點(diǎn)跟蹤)又是光伏發(fā)電效率最大化的關(guān)鍵技術(shù)。為了滿足光伏逆變器高效率、高可靠性要求，主控MCU更需要配備多路高精度ADC用于采集電壓和電流信號(hào)、高精度定時(shí)器用于輸出PWM控制及頻率捕獲功能、并支持硬件乘除法器、浮點(diǎn)運(yùn)算、三角函數(shù)加速器等模塊高效運(yùn)行控制算法。
值得關(guān)注的是，未來(lái)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率和功率密度可能是最制約未來(lái)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素。如何應(yīng)對(duì)這樣的高功率密度、最小的溫升的挑戰(zhàn)，成為光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的一大難題。英飛凌電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部應(yīng)用管理高級(jí)經(jīng)理徐斌曾提到，他強(qiáng)烈推薦使用SiC MOS，也就是第三代半導(dǎo)體。這主要得益于SiC MOS的體積較小，可以很好地提升功率密度和效率;而且它非常靈活，其pin腳或者使用方法都可以跟硅的系統(tǒng)做到無(wú)縫連接。
有專家提到，磁性材料可能占整個(gè)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)體積的20%到30%，甚至更多。一般而言，磁材和繞組材料的性能做得越高，就越有利于提高功能密度。然而，目前針對(duì)立式線材的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試規(guī)范和性能指標(biāo)并不全面。陽(yáng)光電源高級(jí)工程師蔡國(guó)慶提到：“如果能把現(xiàn)有的材料做得更好，例如通過(guò)改進(jìn)燒結(jié)工藝來(lái)增加磁性尺寸，以及使粒子線更接近理想狀態(tài)，這對(duì)我們來(lái)說(shuō)就已經(jīng)非常好了。”
儲(chǔ)能逆變器也在不斷優(yōu)化效率，降低系統(tǒng)成本，并逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。吳明補(bǔ)充道：“針對(duì)新材料開(kāi)發(fā)和磁性元器件制造，為了提高設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性，以及延長(zhǎng)易老化、損耗器件的壽命，相關(guān)行業(yè)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行這方面的嘗試。”
隨著行業(yè)越來(lái)越成熟，各家逆變器廠家也更加關(guān)注成本和體積的降低。例如中央光伏濾波器從整個(gè)系統(tǒng)層面進(jìn)行更新，高頻變壓器直接取代了原有的工頻變壓器，將頻率從50赫茲提高到20K赫茲，大幅降低了體積；用硅代替銅，實(shí)現(xiàn)了“硅進(jìn)銅退”的概念。
由于發(fā)展的時(shí)間較短，目前國(guó)內(nèi)在工藝制造方面還與國(guó)外技術(shù)存在一定的差距。對(duì)于關(guān)鍵元器件的國(guó)產(chǎn)化替代過(guò)程，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體廠商還需要提高產(chǎn)品的性能和功能，包括效率、成品率和可靠性等方面。
當(dāng)被問(wèn)及如何縮短國(guó)內(nèi)與海外的差距時(shí)，吳明表示：“目前我們主要學(xué)習(xí)別人的技術(shù)，雖然有自己的研發(fā)團(tuán)隊(duì)并努力自主研發(fā)，但技術(shù)的突破需要時(shí)間。我們學(xué)習(xí)別人的東西，需要將其轉(zhuǎn)化為自己的東西，才能進(jìn)行優(yōu)化和更新?lián)Q代。隨著時(shí)間的推移，中國(guó)人才的崛起將逐漸縮短與海外的差距。目前，中國(guó)與海外某些領(lǐng)域的差距已經(jīng)小于5年，但還有一些差距較大�！�
總體而言，光伏儲(chǔ)能市場(chǎng)前景是好的，但國(guó)內(nèi)企業(yè)仍需要努力。吳明樂(lè)觀表示，從整個(gè)市場(chǎng)前景來(lái)看，芯片、功率器件等產(chǎn)品的利潤(rùn)率各方面都很好，市場(chǎng)發(fā)展前景可觀。因?yàn)椴粌H光伏和現(xiàn)有的智能化設(shè)備會(huì)使用這些技術(shù)，未來(lái)的所有智能化設(shè)備都將使用這些技術(shù)。
要想實(shí)現(xiàn)光伏儲(chǔ)能技術(shù)的創(chuàng)新，可能還會(huì)涉及更多領(lǐng)域和技術(shù)。新材料就是一個(gè)重要的方向。研發(fā)具有更高能量密度、更長(zhǎng)壽命的新型電池材料，有助于提高光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能和降低成本。
AI和大數(shù)據(jù)技術(shù)也將在光伏儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。通過(guò)對(duì)大量數(shù)據(jù)的分析處理，可以實(shí)現(xiàn)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的智能優(yōu)化運(yùn)行和故障預(yù)測(cè)，提高其運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。
蔡國(guó)慶對(duì)此也提到，硬件工程師需要重點(diǎn)參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)。使用AI協(xié)助設(shè)計(jì)可以縮短打樣時(shí)間和研發(fā)周期，但目前還沒(méi)有相關(guān)工具可用。AI可能在軟件控制算法方面具有優(yōu)勢(shì)。由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)是模塊化的，需要很多級(jí)數(shù)控制單元，使用AI算法協(xié)助控制和通信是非常有潛力的。
光伏儲(chǔ)能技術(shù)的創(chuàng)新不僅將推動(dòng)自身的發(fā)展，縮短海內(nèi)外的差距，而且對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈上下游也產(chǎn)生積極的影響，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和升級(jí)，推動(dòng)整個(gè)能源系統(tǒng)的綠色轉(zhuǎn)型和智能化升級(jí)。
關(guān)于產(chǎn)業(yè)鏈上下游間的合作，蔡國(guó)慶也提出了自己的看法：“我們希望我們的上游供應(yīng)商能夠更好地了解其更上游的供應(yīng)商。如果整個(gè)行業(yè)能夠互相了解，對(duì)自己的方向理解更透徹，合作可能會(huì)更加高效。我們希望上游供應(yīng)商能夠給予我們一些指導(dǎo)建議�！�
另外，蔡國(guó)慶也提及，光伏儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相對(duì)穩(wěn)定的階段。目前大家在比較成本的同時(shí)，更關(guān)注系統(tǒng)技術(shù)方案，尤其是中壓技術(shù)。因?yàn)楣夥c儲(chǔ)能是密不可分的，中壓型能量路由器有很大的應(yīng)用前景，它可以同時(shí)兼顧光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能等多端口，具有多方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，未來(lái)前景非常廣闊。
助力能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型 發(fā)展前景可觀
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的不斷降低，光伏儲(chǔ)能技術(shù)目前主要應(yīng)用在電力、交通、家庭、工業(yè)等領(lǐng)域，同時(shí)光伏儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)融入了其他技術(shù)領(lǐng)域。目前，人工智能化對(duì)光伏領(lǐng)域的影響很大，設(shè)備智能化和人工智能化的用電設(shè)備管理平臺(tái)將更加貼近人們的生活。未來(lái)將實(shí)施分時(shí)電價(jià)政策，用戶可以通過(guò)智能化的方式在電價(jià)低時(shí)儲(chǔ)存電力，在高峰期釋放電力，達(dá)到調(diào)節(jié)作用。這種趨勢(shì)將慢慢改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ鳝h(huán)境。
從產(chǎn)業(yè)規(guī)模來(lái)看，盡管目前國(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有了不錯(cuò)的發(fā)展，但市場(chǎng)前景仍然廣闊，因?yàn)楣夥a(chǎn)業(yè)的體量足夠大，足以支撐整個(gè)上下游行業(yè)的發(fā)展，未來(lái)至少20年到30年的時(shí)間里都將處于不斷發(fā)展的階段。另外，因?yàn)橹袊?guó)仍然存在大量的化石能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，如果進(jìn)行電氣化和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，勢(shì)必會(huì)引入更多的可再生能源如光伏和風(fēng)電等，那么市場(chǎng)體量還將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。
蔡國(guó)慶在采訪中也表示：“雖然我具體的數(shù)值了解不詳細(xì)，但根據(jù)我們公司的發(fā)展情況來(lái)看，近幾年發(fā)展速度非�？�，尤其是光儲(chǔ)和光戶儲(chǔ)領(lǐng)域。我們對(duì)這個(gè)行業(yè)非常有信心，認(rèn)為它具有很好的發(fā)展前景�！�
未來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)會(huì)朝著什么方向發(fā)展？?jī)?chǔ)能作為一個(gè)媒介，整體趨勢(shì)將仍然是朝著電氣化和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的方向發(fā)展。隨著中國(guó)不再接受燃油車，光儲(chǔ)充預(yù)計(jì)會(huì)成為一個(gè)巨大的市場(chǎng)。對(duì)于傳統(tǒng)的高能耗企業(yè)，例如電競(jìng)、鋁廠等，他們需要進(jìn)行電氣化改造以減少能耗。在此過(guò)程中，類似的應(yīng)用場(chǎng)景也會(huì)更多一些。
此外，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不可能一直無(wú)序地增加，儲(chǔ)能對(duì)電網(wǎng)有支撐作用，所以當(dāng)電氣化程度足夠高時(shí)，例如家庭從僅使用一臺(tái)煮飯的設(shè)備發(fā)展到需要支持電視機(jī)、冰箱等能耗高的設(shè)備時(shí)，電網(wǎng)就會(huì)承受不住，便需要儲(chǔ)能來(lái)補(bǔ)充電網(wǎng)，從而延緩電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改造并減少費(fèi)用。這或許是光伏儲(chǔ)能技術(shù)未來(lái)需要做的事情。
結(jié)語(yǔ)：
整體來(lái)看，全球可持續(xù)發(fā)展及國(guó)家政策的導(dǎo)向下的新能源發(fā)展呈現(xiàn)出一片大好的前景。成本下降、效率提高、應(yīng)用場(chǎng)景擴(kuò)大以及政策支持等無(wú)疑將成為光伏儲(chǔ)能技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。各國(guó)政府也將出臺(tái)更加有力的政策來(lái)支持光伏儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，以促進(jìn)可再生能源的利用和發(fā)展。2023(第三屆)中國(guó)電子熱點(diǎn)解決方案創(chuàng)新峰會(huì)的圓滿舉辦，為產(chǎn)業(yè)鏈上下游間協(xié)同發(fā)展提供了良好的信息交流平臺(tái)，也為推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了積極作用。
“一開(kāi)始，我沒(méi)有預(yù)料到這次展會(huì)的規(guī)模如此之大，但它的確非常好，專家們的介紹與我們息息相關(guān)。未來(lái)，我肯定會(huì)更多地參與此類活動(dòng)。我們主要從事前沿技術(shù)的開(kāi)發(fā)，因此需要深入了解該領(lǐng)域的最新進(jìn)展，例如磁性材料和繞組材料等。這種交流非常有益。我們希望展示我們的成果，因?yàn)閮H憑個(gè)人推廣方案會(huì)面臨很大阻力。我們研究變壓器的原因是在尋找供應(yīng)商時(shí)，他們無(wú)法進(jìn)行這方面的設(shè)計(jì)，我們因此承擔(dān)了責(zé)任。如果我們能向整個(gè)產(chǎn)業(yè)公開(kāi)需求，共同推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展，可能會(huì)有更好的效果�！边@是陽(yáng)光電源高級(jí)工程師蔡國(guó)慶當(dāng)天的參會(huì)感受和體驗(yàn)。 |
