太阳能产业发展任重道远 半导体厂商积极投入其中

2009-04-13 14:44:02 来源:《半导体器件应用》2009年4月刊

      在能源的使用上,太阳能作为可再生能源的一种,取之不尽,用之不竭,是一种没有任何污染的绿色能源。在未来,太阳能将成为能源结构中的重要组成部分。近年,电力电子技术的不断发展使得太阳能光电产品的应用普及到人们日常生活之中来,随着的技术日新月异的发展,太阳能应用或将为半导体市场添上绚丽的色彩。

太阳能将为半导体市场添炫彩
      随着绿色能源概念的深入人心以及太阳能技术的不断提升,太阳能的利用正逐渐普及于人们的日常生活中。随着水、电、气、油价等能源的价格不断上涨,太阳能热水器已成为众多注重生活品质的人士的首选,经过多年发展的太阳能热水器行业以成熟的技术优势,远远领先其他的太阳能应用领域;我国太阳能热水器行业已经走在世界前列,开发的产品具有自主知识产权。随着能源与电力供应日趋紧张,低效、高耗的传统城市照明已成为节能降耗的重要领域,太阳能路灯以环保、节能等优势成为城市道路照明行业的新宠;它以无需敷设电缆、不消耗常规能源、使用寿命长等优点得到了社会的广泛认可;很多城市和乡村已经开始以试验或示范的形式推广使用太阳能路灯,并收到了一定的效果;业内人士认为,节能环保的太阳能路灯将是灯具发展的方向之一。随着人们对手机、笔记本电脑、MP4和数码相机等移动通讯、数码产品需求的日益增长,充电器的市场需求自然是水涨船高;在节能减排、3G技术、手机充电接口统一、相关政策扶植和企业大举进军下太阳能移动电源迎来了繁荣;太阳能数码移动电源集便携性和节能环保性能于一身,非常好地解决了传统电源的不足。除了上述被日愈广泛应用的太阳能产品外,太阳能汽车、太阳能电池桌、太阳能电动车、太阳能手机、太阳能遥控器等产品也已经陆续面世,人们对太阳能产品在未来的发展充满了期待。

      太阳能产业以它得天独厚的优势,获得了众多企业与消费者的关注,更备受各国政府所青睐。以德国、西班牙为代表的欧盟国家,通过规定光伏发电总量目标,规定实施分类上网电价等操作性强的政策,具体确定了光伏应用的规模和实施途径,起到了显著效果。2008年西班牙在上网电价确定后的一年中,新增光伏装机总量即达到近300万千瓦。美国奥巴马政府甚至将新能源特别是太阳能光伏产业的发展提升到国家能源战略和能源安全的高度,提出谁掌握可再生能源,谁领导21世纪。推出绿色复苏计划,将重振美国经济的希望寄托在可再生能源产业上,美国在光伏发电补贴政策上采取的具体做法是,由联邦和州政府联合补贴,一次性返还发电项目投资的约50%。相关专家预测,到本世纪后期,太阳能发电将在世界电能结构中占据80%的位置。
      “以太阳能为代表的清洁能源或许将成为全球半导体产业下一个水草丰美的牧场。”英特尔总裁兼首席执行官保罗·欧德宁曾经如是表示。太阳能产业可以说与半导体业是同根同源,两者同样以晶体硅为原料,同样需要大规模精密制造,太阳能产业的兴起,对半导体产业而言的确是一大兴奋点。从产业融合的角度看,太阳能电池制造主要基于半导体技术,现在也逐渐融合了平板显示器(FPD)制造技术用以生产大型太阳能电池板,这给光伏制造商提供了一个极好的机会,可以汲取过去20年来在半导体和FPD产业的经验,降低生产成本以及对环境的影响。而纵观产业历史的发展,半导体与光伏制造商目前面临的情形类似,都受到来自成本和环境方面的压力。从成立伊始,消费需求和竞争压力就成为了半导体提高运算能力和降低价格的无情动力;此外,虽然半导体行业最初被认为是相对清洁的,但它最终不得不承认并解决与水体污染和危险废物气体相关的重大问题,以及高耗水量和耗电量的问题;因此,通过改善设备生产力、能源使用效率、系统集成和废弃物管理,半导体产业在减少生产成本和降低对环境的影响上积累了相当多的专门知识。鉴于半导体产业的积累和与太阳能技术之间的融合,太阳能应用的普及将为半导体产业带来无限精彩。

器件低成本、高效率是关键 
各大厂商积极投身其中
      尽管太阳能资源是无穷尽的,每秒钟到达地球表面的太阳光能量高达80万千瓦,但是由于太阳光辐射密度太低,导致太阳能电池的转换效率非常低。太阳能作为一种电磁能向热能的转化、向电能的转化,提高转化率是太阳能技术问题的关键。
      太阳能逆变器可以将太阳能电池电路中收集的直流电转化为交流电,其转换效率的提升对太阳能发电效率显得至关重要;另外,通过设计手段提高逆变器的转换效率并不会造成成本增加,所以,半导体厂商对太阳能逆变器的开发,效率和成本是关键。
      MCU产品的性价比在太阳能产品应用中也显示优势。在对太阳能光伏系统状态的控制,主要是通过包括MCU、MOSFET控制模块实现对蓄电池的优化充电,基于MCU的光伏控制系统,对铅酸蓄电池的充放更加合理,对负载的保护也更加完善。
      在传统的太阳能电源系统中,所有太阳能板都连接至一个大型逆变器,所以系统的整体性能高低就取决于性能最差的那块太阳能板。鉴于此,太阳能电源系统新的发展趋势将是将每一块太阳能板都连接至许多小型逆变器,即“微型逆变器”,这样一来,系统的整体性能将不会因为某一性能较差的太阳能板所影响,实现太阳能发电系统更高效。微型逆变器是由MCU作为系统的大脑中枢,将阳光转换成可用的电力。2008年,TI推出了新型32位MCU产品“Piccolo”,该产品以低成本实现将所有智能封装到一个真正的小尺寸芯片中,拥有了太阳能电源系统中数字功率转换所需的所有智能功能。另外,TI也发布了支持太阳能电池等新型电源在便携式电子终端设备中的应用的DC/DC升压转换器,由于可在0.3V的超低电压下工作,该器件的诞生解决了需要将多个太阳能电池串联在一起才能升压的问题。
      除了TI,全球各大半导体厂商也纷纷以各种形式积极投身于太阳能产业行列之中。ST是能为太阳能发电提供从控制器到电力电子在内的完整的解决方案的半导体领先供应商之一。而英飞凌也提供了系列应用于太阳能领域的单片机、IGBT、MOSFET、CoolMOS等电力电子器件产品。IBM不久前号称他们已经在实验室实现了从1平方厘米的太阳能电池板上提取230W的能量,并最终获得70W可用电力的技术。IBM在太阳能领域已经进行了三项投资,除了将自身的太阳能电池部门独立出来,还先后对德国Sulfurcell和美国Voltaix公司进行了投资。

金融危机或成发展契机  太阳能产业发展任重道远
      目前,我国太阳能产能仅次于日本和德国,居全球第三,但90%以上的太阳能电池组件和系统销往国外,其中德国安装的太阳能发电设备,90%为中国制造。我国的太阳能产业已出现了典型的产业与市场倒挂现象,而我国目前的太阳能发电仅限于边远无电地区和大城市里的一些示范工程;究其原因,一是目前太阳能发电成本较传统方式高昂,尚不具备大幅应用的条件;二是国内缺少对于太阳能产业强有力的政策支持。随着美国次贷危机的蔓延,国内太阳能行业也被泼了一盆冷水,但是相比纺织、电子等对外依赖程度高而直接受到冲击的行业,太阳能热水器行业在面临的危机相对来说要小一些。业界不少人士认为,从长期来看,金融危机只是暂时的,而能源危机却是长期的。在资源日渐紧缺的今天,太阳能作为一个新兴的能源行业,将会有新的突出表现,而百年难遇的金融危机,可能对一些企业是致命的打击,但对一些企业也可能是千载难逢的机会。危险与机遇往往是并存的,就看企业自身有没有抓住这样机会的能力,对从事太阳能生产的企业这也许是一个新的发展契机。
      2008年中国太阳能电池产业依旧受到业内厂商和投资者的青睐,国内太阳能电池产量相比2007年依旧保持较高的增长速度。展望2009年,随着全球对可再生、清洁和安全能源需求的日益提升,薄膜技术等新技术的创新和成本的逐步降低,国内太阳能电池产业将会在产业链结构上出现局部调整,薄膜太阳能电池、太阳能移动电源等新的应用也将涌现市场。
      同时,中国既是全球太阳能热水器制造大国也是消费大国,国内市场需求的差异化较为明显,整个行业还处在早期整合阶段,离形成战略对决企业和战略对决市场还有很长路程。随着国际经济形势的下滑,一些原材料的价格会走低,太阳能热水器的直接生产成本可能会有所降低。面对这样的形势,一些大企业利用成本降低带来更大的市场运作空间,变化出很多营销手段,比如加大全国或区域的广告投入,巩固自身的知名度和美誉度;又如加大对市场终端的促销力度,加大对经销商的扶持力度,让经销商对企业更忠诚等等。面对当前的行业洗牌,国内企业认为正是对品牌、人才、资金、渠道等资源进行整合与战略布局的好时机。
      纵观太阳能技术近些年的发展,太阳能应用市场前景的广阔是不可质疑的,但我们也不得不认清太阳能产业当前所面临的现实,一方面,现阶段太阳能仍处于扶植中的产业型态,由于量产技术所需成本仍高,太阳能产业需要各国政府的补助政策支持才得以生存;另一方面,太阳能产品品种仍然较少,能实现量产的更为有限,而人们日常生活中要使用电的产品是多之又多,太阳能技术的应用尚缺深入与全面。严格来说,太阳能产业尚不健全,并离不开政府的引导。笔者认为,太阳能产业发展是任重而道远,太阳能应用终究能否实现人们对它所寄予的期望,还要看各国政府、各行业企业的共同努力。

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