风电或太阳能逆变器市场前景和开发风险——英飞凌科技(中国)有限公司工业及多元化电子市场事业部销售及业务开发高级总监石敬岩

    中国风电材料设备网:风能和太阳能等可再生能源发电市场的发展正在推动分布式发电市场的形成，由于电能是无法储存的，因此风能或能发出来的电必须通过逆变器并到国家电网或自用。由此可见，逆变器即将成为一个新的市场增长点。此外，由于逆变器设计的好坏对能效和电网质量有直接的影响，因此逆变器的设计技巧也很受业界关注。针对这一市场需求，本刊特别邀请到了英飞凌科技(中国)有限公司工业及多元化电子市场事业部销售及业务开发高级总监石敬岩先生为大家谈谈逆变器市场的前景和开发风险。
    问：今年中国逆变器市场前景如何？
    答：我们已经注意到中国风力发电的发展速度，从600KW到1.5MW、2.0MW花了短短的数年时间，目前2.5MW和3.6MW 也正在开发中。 但我们也看到在整个供应链中逆变器还是个瓶颈，随着中国国内设计生产的逆变器日益成熟，市场份额会明显增加。
我更看好未来几年中大功率太阳能逆变器在中国的应用， 这有市场和政策的因素，中国目前主要发展的是中大功率太阳能发电系统，金太阳示范工程财政补助资金管理暂行办法规定，单个项目装机容量不低于300kWp。
    问：家用逆变器的设计挑战或风险是什么？
    答： 由于风能是一种非常不稳定的能源，风力发电机输出的电压、频率和功率都很不稳定，不做处理不能直接输入电网。以比较容易理解的直驱为例，风机的叶片带动发电机旋转，发电机发出频率往往不到电网频率的一半，其不能直接挂到电网上，需要用逆变器重新产生一稳频稳压的交流电，这就需要用高压大电流的IGBT模块。
    目前主流机型功率是1.5MW和2.0MW，也在向更高功率发展，2.5-3.6MW机型已有商业化运行，如上海东海大桥的海上风电功率达到3.6MW。
    由于风电系统的需求把功率变流器输出功率提到了一个新高度，这就需要新的功率半导体技术和模块封装技术来降低变流器损耗，提高效率，实现更高的功率密度。
    目前国内外已有不少太阳能逆变器生产厂商，产品也日趋成熟，高能效的功率变换技术不断引入，新一代的IGBT、IGBT模块、MOSFET和碳化硅二极管的使用，使得效率的标杆不断被刷新。
在中小功率的太阳能逆变器中不少公司拥有自己的专利电路结构，新一代功率器件使得这些电路如虎添翼，效率和可靠性等各方面性能都有了很大提高。而随着单机功率增大，太阳能逆变器受技术和器件限制，电路形式就比较单一，主要还是三相逆变桥，提高能源效率的重任就落在了功率器件上，其器件本身的性能和设计使用是关键。
    英飞凌科技(中国)有限公司工业及多元化电子市场事业部销售及业务开发高级总监石敬岩
    问：开发逆变器需要哪些关键元器件？
    答：逆变器中根据不同功率会采用IGBT、IGBT模块、MOSFET和高速二极管作为功率变换的主要器件，它们实现高效率大功率变换的核心。
    在风电变流器中会采用各种解决方案，如大电流模块IHM，其最大电流可达3600A 1700V；在EconoPack+和EconoDUAL3封装中有450A 1700V不同电路结构的模块，在这些封装中都有适用于风电的第四代IGBT4的产品。新的模块封装形式如PrimePack也成了风电变流器市场的新宠，这些新技术的应用会使得风电变流器的可靠性和寿命会提高，成本也会降低。
    提高中大功率太阳能发电系统能源效率，逆变器是一个重要环节，它是保证太阳能转换效率和投资回报的关键因素。
    国内外已有不少太阳能逆变器生产厂商，产品也日趋成熟，高能效的功率变换技术不断引入，新一代的IGBT、IGBT模块、MOSFET和碳化硅二极管的使用，使得效率的标杆不断被刷新。
    问：这些困难应如何解决？
    答：先以风电变流器为例，其功率相对于通用变频器要大得多，这使得对功率电路设计要求更高，不能光靠经验，计算和验证要更精确，这不光是成本问题，也与可靠性密切相关。我们会致力于新技术新产品在风电市场中的推广，加强技术支持，帮助国内变流器厂商开发出基于IGBT模块的高可靠性、低成本产品。
    除了为风电市场提供IGBT产品，我们也有功能完善的系统组件STACK产品，包括IGBT模块、驱动保护、滤波电容、直流母线、散热器等逆变器功率单元的一切。客户只要设计控制板一个完整的逆变器就完成了。我们成功地把这一产品引进到中国，使得国内风电厂商自主逆变器开发速度大大提高，解决了风电供应链上最大的瓶颈。
    对于中小功率太阳能和风电逆变器，IGBT单管、CoolMOS和碳化硅二极管是很好的选择，如CoolMOS C3 已推出900V系列，可用于最大功率点跟踪MPPT电路；HighSeed3 IGBT以低的开关损耗带来DC/DC变换器和逆变器的高效率，碳化硅二极管与CoolMOS和Highspeed3 IGBT结合更能显现高速器件低损耗的优势。
    我们明白，在目前的技术条件下，中大功率太阳能逆变器性能提高更依赖于功率开关器件，我们为太阳能应用开发一系列产品， 如大功率三电平模块Easy和Econo4系列，产品范围50~300A 650V；采用高速IGBT和碳化硅二极管PrimePACK模块，规格为600A 1200V，这推动100KW以上的太阳能逆变器效率达到了一个新的水平。
    问：英飞凌解决方案的独特优势是？
    答：我们在工业半导体领域拥有近60年的丰富经验，并在多个核心应用领域确立了技术领先地位。我们拥有涵盖整个电力/能源管理领域的尖端技术与专利，因此我们常被众多工业领域的客户视为首选业务伙伴。同时，我们所拥有的精深的专业技术以及丰富的行业知识，也是我们获取成功的坚实后盾。
    英飞凌的功率器件(如构槽栅场终止技术 FieldStop IGBT、CoolMOS和碳化硅二极管SiC)在高能效的太阳能逆变器有出色的表现，另外还有单片机和其它功率管理芯片。