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《UT Austin将开发下一代光伏逆变器，以增强弹性电网的恢复能力》

  • 来源专题：集成电路
  • 编译者： Lightfeng
  • 发布时间：2019-04-21

  • 美国能源部（US DOE）宣布，将投资3600万美元来提高太阳能系统的态势感知能力，特别是在关键基础设施场所中。这些投资项目将增强对系统网络和物理威胁的抵御能力，也可以加强对电网的太阳能集成。

    在EPRI的领导下，Alex Huang博士、Surya Santoso博士、Hao Zhu博士参与了太阳能关键基础设施能源（SOLACE）系统项目的相关研究。SOLACE项目将为高渗透太阳能电网开发有恢复力的弹性电网。该项目包括使用新通信标准和先进逆变器的预规划分析技术，以确定如何使用电网上任何的资源来有条不紊地为关键基础设施供电。

    更具体地说，UT Austin团队将开发和验证下一代电网形成光伏逆变器。电网成型逆变器的设计和控制与现今的逆变器电网不同，电网成型逆变器可提高太阳能穿透率高的电力系统的弹性。现今逆变器电网问题突出，例如，加利福尼亚州2016年8月16日发生蓝斩火灾，造成近1200兆瓦的太阳能发电损失，原因就是太阳能逆变器之后的电网由于频率和电压扰动而脱机500 kV电网的故障。

    下一代光伏逆变器称为PV同步发电机或PVSG，将像传统的同步发电机一样运行光伏系统。根据设计，PVSG将经受电压和频率干扰。在突发事件时，PVSG提供惯性和无功功率，以使系统频率和电压恢复稳定运行。 PVSG还提供后启动功能，允许光伏能源系统在不存在主电网的情况下发电。

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    • 编译者：冯瑞华
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    • 《科学俄罗斯》电子期刊发文称，莫斯科电子技术学院和莫斯科国立师范大学共同研发出一种用于开发下一代光子电路的芯片。有关专家表示，这项关于制造非易失性可调纳米光子芯片的技术已经能够用于微电子生产，无需额外升级。 　　莫斯科电子技术学院未来材料与技术研究所高级研究员彼得·拉扎连科说：“在我们发明的芯片中，氮化硅微环谐振器的表面局部覆盖有GST薄膜。GST涂层的相态变化及其吸收会导致通过波导的光学信号发生变化。相态转换可由通过波导的激光脉冲触发。相态转换在10毫微秒内发生，而GST薄膜是控制电信设备中使用的薄膜波导元件信号的最佳材料之一。”
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    • 编译者：guokm
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    • 在很长一段时间里，逆变器作为光伏系统的必要设备，将充分受益于光伏装机量的提升以及存量市场的替换需求。 2023年，全球光伏市场正处于大风口之上，而扮演着光伏系统“心脏”角色的逆变器，也可谓走在风口中的“风口”之上，迎来了属于自己的高光时刻。 在全球各主要经济体陆续公布了双碳目标的大背景下，叠加光伏发电成本持续下行，经济性不断提升，光伏装机需求高增长确定性较强，光伏行业延续蓬勃发展的态势具有较高确定性。众所周知，光伏发电系统由组件、逆变器、支架、电缆等部分构成，它们在系统中分工明确，各自承担不同的工作。组件是最直观的部件，它能将太阳光能转换成直流电；支架起到摆放、安装、固定组件的作用；电缆在电力传输系统中必不可少。   其中，逆变器作为衔接光伏组件与电网的重要设备，除了承担直交流电转换，将光伏发电系统产生的直流电通过电力电子技术转换为生活所需的交流电的作用外，其还能通过最大功率点跟踪技术让光伏板保持以最大功率进行工作，既是心脏又是大脑。可以预见，在很长一段时间里，逆变器作为光伏系统的必要设备，将充分受益于光伏装机量的提升以及存量市场的替换需求，预计全球光伏逆变器需求量将实现2020-2025年16.20%的CAGR，到2025年达到400GW级别，对应市场规模为800亿左右。 光伏市场快速发展，为逆变器市场打开了增量空间。此前，逆变器市场经历了怎样的波折坎坷？未来局面又将如何演变？今天，就请跟随《中国科技信息》的脚步，一起来聊聊逆变器这个话题。 逆变器市场“阳光灿烂” 2023年光伏市场的“第一缕阳光”照亮的就是逆变器领域，订单的持续增加，让多家头部逆变器厂商忙得不亦乐乎，整个行业对2023年逆变器出货预期表现出乐观态度。按照机构测算，2023年光伏逆变器需求量达到360GW以上，估算总体市场规模将超过600亿元，同比增幅超过50%。而储能逆变器总体规模则有望实现翻番。 经过了几年的关注，光伏产业已经是广为人知的“风口”，为什么又把逆变器“带火”了？这就不得不提及逆变器对于光伏系统的重要性了。逆变器是一种将直流电（电池、蓄电瓶）转化为交流电的装置，在汽车、轨道交通、通信设备和新能源发电等多领域有广泛的应用。目前市场上提及的逆变器主要指光伏发电系统中使用的光伏逆变器，以及用于储能系统的储能逆变器。 在太阳能光伏发电过程中，光伏阵列所发的电能为直流电能，然而许多负载需要交流电能。直流供电系统存在很大的局限性，不便于变换电压，负载应用范围也有限，除特殊用电负荷外，均需要使用逆变器将直流电变换为交流电。因此，逆变器的可靠性和安全性直接关系到整个太阳能发电系统的平稳运行，具体体现在：其转换效率将直接关系到太阳能光伏发电系统发电效率；其使用寿命将直接影响到光伏发电系统的使用年限，转换效率和使用寿命都将进一步影响到光伏电站项目的投资收益率（IRR）。 此外，逆变器还要负责整个光伏系统的智能化控制。作为当前光伏系统中的主要智能化设备，逆变器还具有提升系统发电效率的最大功率点追踪（MPPT）功能，具有对系统状态进行监控、调节和保护的孤岛效应控制及零电压穿越等功能。 20年间从依赖进口到问鼎世界 别看逆变器领域如今是这样炙手可热，曾经这个领域也经历过低谷和坎坷。2003年，我国研发了首台拥有自主知识产权的10kW并网光伏逆变器。不过，直至2009年，我国在产的逆变器企业少之又少，大量设备依赖进口。2010年，全球光伏逆变器TOP10榜单均被欧美品牌霸占。 为了打破这样的尴尬局面，2013年起，中国政府出台标杆电价政策，国内项目开始陆续启动，中国光伏市场进入发展快车道，并逐渐取代欧洲成为全球光伏装机最大的市场。在此背景下，集中式逆变器供不应求，市场占有率一度接近九成。此刻，华为却决定以组串式逆变器入局，此举堪称是对红海市场与主流产品的“双重逆变”。 2016至2017年，国内逆变器厂商凭借产品技术持续迭代、全面服务能力与以国内工业体系为基础的性价比优势，快速崛起。2018年，国内出台“531”政策，大型电站项目规模骤减，国内企业开始向海外市场发力。在国内与海外市场共同的带动下，中国光伏逆变器产量不断突破新高，2020年达100.7GW。 功夫不负有心人，进入2021年，根据逆变器市占率排名数据，中国逆变器企业已位居全球前列。2022年6月，全球权威调研机构IHS Markit公布了2021年全球光伏逆变器市场排行榜，在这份榜单中，中国光伏逆变器企业排名产生了更多的变化。中国光伏逆变器企业终于问鼎世界前三，形成了新一代“三足鼎立”格局。 而在“双碳目标”的大背景下，光伏发电在全球能源结构中的比重将不断提高，带动光伏系统与电网连接的必要设备——逆变器的市场空间显著扩大，而国产逆变器企业在近年全球厂商的激烈竞争中显现优势，2020年国产CR6出货量占全球市场60%。另外随着光伏及风电在发电系统中的占比提升，其巨大的波动性对于电网和用户的一系列负面影响需要通过配置储能而降低，传统光伏逆变器企业凭借“技术相通，客户相近”的优势纷纷推出储能变流器产品以抢占新兴市场。 全球光伏逆变器市场将超800亿元 在光伏产业链中居于下游位置的逆变器，如今成为了广受各机构看好的环节。在业内人士看来，国内逆变器厂商快速成长具有高确定性。一方面，伴随全球光伏装机确定性增长，存量光伏装机逆变器替换需求释放，逆变器市场需求广阔。另一方面，国内企业在海外市场份额持续走高，海外市场带来高利润空间。 从国产逆变器出口金额来看，近5年来总额都出现了稳定增长的态势，由2016年的 68.85 亿元增长至 2020 年的240.14 亿元，年增幅均高于20%；截止2021年上半年已出口超过 240 亿，同比增长超过 26%。 根据 Wood Mackenzie 统计，在全球逆变器出货量前十的品牌中，中国品牌近五年来一直占据其中的 5-6 家左右，其中的这几家国产厂商总出货量总和维持在 50%左右，2020 年甚至达到了 60%；同样可以看到华为与阳光电源常年占据全球出货量的前二位，整体来看国产逆变器已成为全球毫无争议的出货量第一。 其中，阳光电源、锦浪科技和固德威作为当前全球逆变器行业的领先企业，2020年全球出货量市占率分别为19%、5%和4%左右；在包括拉美和东南亚等新兴市场的全球范围内建设了相对完善的销售渠道及响应迅速的售后服务体系，积累了丰富的项目经验；产品种类对于分布式领域及大型集中电站均有覆盖，并且于各自优势领域布局储能业务，阳光电源着力于源网侧大型储能项目的开展，锦浪科技和固德威专注于户用储能产品的推广。 专家预计2025年，全球光伏逆变器市场规模有望超过800亿元，而在新兴的储能领域，仅国内风光配储需求就有望产生超过200亿元的储能逆变器市场空间。在传统欧美市场之外，拉美、东南亚、中东和非洲市场发展迅速，在2021上半年已经占据了我国逆变器出口额的25%。尽管原材料涨价及个别国家补贴政策的变化会短期影响全球光伏装机进度，但长期来看各国政府为改善能源结构而推进光伏发电的大趋势不变，逆变器作为光伏系统的必要设备广阔的市场前景不变。
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