IXYS的副总裁:太阳能发电站的机遇和技术挑战

大功率风力发电和太阳能发电与我们平常所熟悉的便携式电子设备的一个最大不同是，它需要能在高达几千伏电压和上千安培电流的环境下正常工作的大功率器件，它带来的技术挑战也与消费电子设备完全不同，为了更好地帮助读者了解这一特殊应用领域的独特技术挑战和把握这方面的商机，本刊特别采访了目前在IGBT和MOSFET等大功率器件领域全球领先的供应商IXYS的副总裁Bradley Green。

当前随著中国政府加大对可再生能源发展领域的固定资产投资力度，风力发电产业正在赢得历史性的发展机遇，截止到2009年初，中国已有25个省份、直辖市和自治区建设风力发电站。

据统计，2008年中国新增风电装机容量达到719.02万千瓦，新增装机容量增长率达到108.4%，累计装机容量跃过1300万千瓦大关，达到1324.22万千瓦。内蒙古、新疆、辽宁、山东和广东等地由于风能资源丰富，风力发电产业得到了较快的发展。

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴藏量巨大，全球风能资源总量约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW。2007年全球风能装机总量为9万兆瓦，2008年全球风电增长28.8%，2008年底全球累计风电装机容量已超过了12.08万兆瓦，相当于减排1.58亿吨二氧化碳。随着技术进步和环保事业的发展，风力发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争。

中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约2.53亿千瓦，开发利用潜力巨大。目前中国已成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电的主要市场之一。中国风力发电行业的发展前景十分广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展，同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。随着中国风力发电机的国产化和发电的规模化，风电成本可望再降。因此风电开始成为越来越多投资者的淘金之地。风力发电场建设、并网发电、风电设备制造等领域成为投资热点，市场前景十分看好。

预计中国2009年风电行业的利润总额仍将保持高速增长，预计2010、2011年增速会稍有回落，但增长速度也将达到60%以上。2010年中国累计风电装机容量有望突破2000万千瓦，提前实现2020年的规划目标。

太阳能发电（亦称光伏发电）是近年来投资者关注的另一块热门淘金之地。近几年，全球光伏发电市场已得到快速发展，2007年全球太阳能发电新装机容量达2826MWp，其中德国约占47%，西班牙约占23%，日本约占8%，美国约占8%。2008年全球光伏市场增至5.5GW，其中，按地区排名西班牙名列首位，德国第二。2008年，全球太阳能安装总量已累计达15GW，西班牙新装量为2.5GW，约占2008年新增安装量的一半。

虽然受金融危机影响，德国、西班牙对太阳能光伏发电的扶持力度有所降低，但其它国家的政策扶持力度却在逐年加大。日本政府2008年11月发布了“太阳能发电普及行动计划”，确定太阳能发电量到2030年的发展目标是要达到2005年的40倍，并在3-5年后，将太阳能电池系统的价格降至目前的一半左右。2009年还专门安排30亿日元的补助金，专项鼓励太阳能蓄电池的技术开发。2008年9月16日，美国参议院通过了一揽子减税计划，其中将光伏行业的减税政策（ITC）续延2-6年。

中国光伏发电产业于20世纪70年代起步，90年代中期进入稳步发展时期。太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展。到2007年年底，全中国光伏系统的累计装机容量达到10万千瓦（100MW），从事太阳能电池生产的企业达到50余家，太阳能电池生产能力达到290万千瓦（2900MW），太阳能电池年产量达到1188MW，超过日本和欧洲。

为了在当前金融危机形势下拉抬中国光伏产业的发展，2009年3月23日，财政部、住房和城乡建设部出台《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》，并出台了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》，决定有条件地对部分光伏建筑进行每瓦最多20元人民币的补贴。这两个文件的出台，让中国太阳能光伏企业看到了光明的前景。

问：大功率风力发电站正面临哪些技术挑战？

答：随著全球市场对电力能源的需求继续增长，可再生能源已成为电力能源增长中的一个关键组成部分。风力涡轮发电机和逆变器面临的挑战主要来自以下三个方面：

第一，每个风力发电位置要求更大的风力涡轮发电机：目前安装的1到1.5MW风力涡轮发电机将会被改进，或被更新的技术(如2.5到4MW的风力涡轮发电机)所替代。这么做的优势是，设计师无需寻找更多的新的风力涡轮发电机安装地点，而是从每个现有风力涡轮发电机安装地点产生更多的电力。当然，这还可以减少对环境的冲击，而这是同等重要的另一方面。我相信没有人希望风力涡轮发电机出现在街道的每一个角落。

第二，更高的效率。效率更高的风力涡轮发电机意味着，我们可以将风力中蕴藏的能量更多地转换成电能。在生成电能的传输过程中，节能也是一个必须注意的问题。如果风力发电塔顶部的风力涡轮发电机可以产生一个更高的电压，一个更接近电网要求的电压，那么这将极大地降低把生成的电能转换到电网这一过程中的损耗。节能必须从风力发电塔顶做起，一直贯穿整个转换链，直到输送到用户家里。这就需要更高的电压、更高效率的半导体器件和控制系统。

第三，系统可靠性更高。整个风力发电系统的可靠性是至关重要的。如我们所知，一个风力涡轮发电机只有在运转时才能发电，因此它所生成的电能与发电机的正常运转时间是成正比的。需要爬上两百米高的塔顶才能进行的维修和维护工作，不仅成本高昂，而且也特别浪费系统工作的时间。尤其是当你再考虑到目前风力涡轮发电机组的离岸部署趋势(即安装在海上或海中小岛上)。系统的可靠性是任何风力涡轮发电机组部署项目的投资回报率中的一个重要组成部分，并且影响着整个电力网络。虽然现在风能发电在全球范围内还主要依靠政府的财政援助，但是在将来的某一天，风能发电必定需要成为一个可以赢利的事业，否则，它将无法长期生存下去。

问：风力发电站需要哪些关键大功率器件？

答：风力发电机有许多种形式，从几瓦到几百万瓦都有，不同功率等级的风力发电机要求不同的功率器件与之相匹配。IXYS是一家专业功率半导体的供应商，我们宽广的功率产品线可以覆盖所有功率等级风力发电系统的需要。IGBT(绝缘栅双极晶体管)是现在最常用的一种开关器件，它用于将风力产生的电能转变为适合电网需要的模式。IXYS拥有全系列的IGBT模块以适应不同的转换需求，不过，在许多应用场合，普通塑封IGBT模块的可靠性和效率无法满足前面讨论的改进目标的要求。

因此，IXYS已经开发出了陶瓷压接式IGBT。这种IGBT完全避免了传统塑封IGBT所固有的缺陷，它不需要芯片的焊接，也避免了引线的邦定，所有这些为陶瓷压接式IGBT带来了在工业应用领域不可比拟的可靠性。

另外，IXYS大功率的整流管模块可以将塔顶涡轮产生的交流电转化为直流电，然后通过IGBT和控制器把它逆变成正弦波交流电，再通过晶闸管确保生成的交流电能与电网同步并将此正弦波交流电并到电网上。因此，你可以看到，IXYS的产品可以支持整个能量变换过程。也就是说，从风力发电塔的塔顶直到电网的整个功率转换链上，你都能找到适合的IXYS功率器件。

问：贵公司大功率器件与竞争对手相比的主要优势是什么？

答：在风力发电领域，全球领先的可靠性无疑是IXYS最显而易见的优势。把这种高可靠性与我们产品的高效率设计结合起来，IXYS不仅可以保证更高的风力发电效率，而且可以确保风力发电站更长的运行寿命。

问：太阳能发电站的建设面临哪些不同的技术挑战？

答：太阳能发电站与风力发电站面临完全不同的挑战，因为它是从太阳光中采集能量。基本的太阳能电池单元仅能产生非常低的功率(仅有几瓦)，因此许多太阳能电池单元不得不串联和并联起来以产生一个类似于风力涡轮发电机的功率。不过，太阳能发电行业有一个很大的优势，即太阳能电池的安装可以很好地融入我们的日常生活，同时又不对环境产生大的影响，例如，我们可以把它安装在屋顶。太阳能电池不仅可以像风力发电机那样把采集到的电能输送进电网，而且还可以有效地用于延长电池的寿命。手机、数码相机或其他便携电子设备都采用电池供电。如果通过将太阳能用作电池的备份充电方式大幅提高便携式设备的充电间隔时间，那么这势必对全球的能源需求产生巨大的影响。

问：IXYS可为太阳能发电市场提供哪些关键产品？

答：IXYS可以为太阳能逆变器提供高效的MOSFET、高效的二极管整流器和栅极驱动IC。对于需要大功率操作的大功率系统来说，IXYS也许是全球最大的高压MOSFET供应商。

与此同时，我们还在模块中的IGBT和二极管中集成了碳化硅技术，以提高太阳能逆变器的效率，并减少用户的安装成本和时间。我们独特的DCB(直接铜邦定陶瓷衬底)技术使我们可以快速地为任何客户定制他们感兴趣的模块化产品，我们发现最近客户对太阳能逆变器的兴趣在增长。

问：IXYS太阳能电池产品的主要技术优势是什么？

答：IXYS生产高效太阳能电池已有一段时间了，我们的策略重点是：提供业内最高效率的表面贴装型太阳能电池，以使我们的客户可以将它很容易地应用在标准的贴装生产线上。我们称之为‘IXYS Solar Bits’的太阳能电池可以为遥控照相机、安全监控设备、移动蓝牙设备和遥控助听器供电。这种产品不仅具有高效率和具有非常长的使用寿命，而且其效率也不会像我们一些竞争对手的产品那样，随着使用时间的增加而逐渐降低。

许多年来，IXYS的座右铭一直是‘Efficiency Through Technology’。这真实体现了IXYS开发高技术大功率产品的重点策略，因为在目前的世界上，效率和可靠性正成为最重要的设计当务之急。

(编辑:xiaoyao)