清洁能源+储能系统的模式对于推动可再生能源的发展及其广泛部署至关重要。清洁能源包括太阳能和风能等可再生能源,通常因其间歇性而受到关注:太阳辐照度和风速都不是恒定不变

清洁能源+储能系统的模式对于推动可再生能源的发展及其广泛部署至关重要。清洁能源包括太阳能和风能等可再生能源,通常因其间歇性而受到关注:太阳辐照度和风速都不是恒定不变的,导致发电量不断变化。

储能系统是管理可再生能源的这种不规律性的关键:通过在高发电量期间储存富余的电能,然后在高需求期间或可再生能源不发电期间释放出这些电能。

近日,英飞凌科技股份公司(以下简称“英飞凌”)宣布与深圳市盛弘电气股份有限公司(以下简称“盛弘电气”)达成合作伙伴关系,盛弘电气是全球领先的能源互联网核心电力设备及解决方案提供商。通过该协议,盛弘电气将利用英飞凌的1200 V CoolSiC功率MOSFET和1200 V EiceDRIVER单沟道隔离栅极驱动IC,来提高其储能系统的效率。

英飞凌全球应用营销经理Tobias Asshauser

英飞凌全球应用营销经理Tobias Asshauser在接受《Power Electronics News》采访时表示,英飞凌的功率器件将帮助盛弘电气的储能系统实现高达98%的系统效率,从而在缩小整体尺寸的同时,缩短安装时间,并节约成本。

碳化硅助力清洁能源转型

近年来,在“双碳“战略和新能源浪潮的带动下,国内储能市场保持快速发展。据工信部统计,2023年上半年,全国储能新增装机规模达到8.63GWh,接近历年累积装机量总和。

储能系统的功率密度和效率是产品竞争力的重要因素,也影响产品成本。能量转换效率直接影响储能系统的大小、重量和成本。由此可见,功率半导体元器件扮演着至关重要的角色。

同样以“绿色地球,半导体赋能”为主题的“2024 国际绿色能源生态发展峰会”,将于3月28-29日在国际集成电路展览会暨研讨会(IIC Shanghai)同期召开,英飞凌科技高级副总裁,英飞凌科技零碳工业功率事业部大中华区负责人于代辉 将参加期间的并发表主题演讲,传达电子从业者对地球生态系统的珍视和对可持续发展的承诺,欢迎点击参考详情并报名参会

盛弘电气的储能产品通过使用英飞凌的碳化硅(SiC)器件,紧凑性和灵活性明显增强,效率显著提高,损耗明显降低,系统散热成本减少,帮助最终用户提高了运行稳定性,并缩短了投资回报周期。

凭借在碳化硅领域超过20年的产品研发和应用经验,英飞凌持续提升碳化硅产品的先进性。其中,1200 V CoolSiC MOSFET凭借其高功率密度,可将损耗降低 50%,并可在不增加电池尺寸的情况下,额外提供约2%的能量。这对高性能、轻量且紧凑的储能方案而言大有裨益。

如何实现更高的效率

凭借英飞凌的1200 V CoolSiC MOSFET和1200 V EiceDRIVER紧凑型单沟道隔离栅极驱动IC,盛弘电气制造的储能变流器(见图1)可实现更高的功率密度、极低的干扰和电磁辐射、优异的保护性能和高耐用性。

因此,该系统可实现高达98%的效率,比传统解决方案提升了1%,达到行业领先水平,成为海内外市场并网和离网运行的储能系统的理想选择。

Asshauser 表示:“盛弘电气在计划开发15 kW EES项目时,出于性能和可靠性的考虑,选择了英飞凌的解决方案。”

随后,他补充道:“使用碳化硅技术,将有助于盛弘电气提高系统的开关频率,从而削减电感器的尺寸和成本;该技术还可以降低功率损耗,从而尽可能缩小散热器尺寸并降低其成本,最终提高功率密度。”

盛弘电气的储能系统(图源:英飞凌科技)

碳化硅和可再生能源的市场趋势

随着可再生能源并网以及对稳定电网的需求增加,储能解决方案的需求也在与日俱增,对此,我们可以研究哪些市场趋势将在短期内影响先进功率半导体技术的发展进步和接受度。

Asshauer认为,可再生能源是未来的能源,有效利用可再生能源和储能系统,对全球能源转型至关重要。不同于化石燃料,风能和太阳能无法快速响应来弥补发电中的负荷缺口。因此,将这些能量收集并储存起来,以便在将来使用,是更加合理的选择。

“功率转换系统的功率等级在10 kW到10 MW之间不等,需要满足直流电压水平、过载能力或使用寿命超20年的需求。”

他接着说道:“在这些应用中,往返效率应该接近98%,以降低平准化度电成本(LCoE)。此外,还需要满足包括电网规范、电网稳定和构网在内的电网要求。”

碳化硅功率器件在储能系统(ESS)的功率转换方面,拥有天然的优势。碳化硅这种材料具有高击穿电压,因此有助于设计更紧凑的设备,用于处理更高的电压和电流,从而集成更加小巧轻量的功率电子系统,以节省空间,并提高储能系统的能量密度。

碳化硅功率器件将成为功率转换系统(PCS)革新的关键因素,以实现更高的效率、更小的尺寸,并节省安装时间和成本。Asshauer表示:“我们以125 kW平台为例,与硅基解决方案相比,使用碳化硅技术可以将效率提高1%,功率密度提高25%。”

如今,我们可以在市面上看到各种不同的模块化系统概念,其储能规模从1 MWh的短期容量到数MWh不等。电池和模块堆叠在一起,系统电压从400 V至1500 V不等,采用风冷甚至液冷散热技术,由集中式或组串式转换器系统供电。

Asshauer还指出,电池管理系统(BMS)在实现电池平衡、监测和热控制方面非常重要;还负责数据存储和通信。最后,这些储能系统还需要符合高水平的电网安全标准,例如IEC62619。

不过不同行业对功率半导体的需求不尽相同——有的追求更高的功率密度,有的追求更高的频率,有的追求更高的可靠性,还有的追求最新的技术(如碳化硅),如何非常深刻的理解上百种不同的应用场景?如何加快产品的更新迭代速度,来适应数字化的挑战?这点恐怕要到3月28日的“2024 国际绿色能源生态发展峰会”上寻找答案了。

(原文刊登于《电子工程专辑》姊妹网站Power Electronics News,参考链接:SiC Solutions Boost the Efficiency of Energy Storage Systems,作者Maurizio Di Paolo Emilio,Power Electronics News和 EEWeb 主编,EE Times记者)

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