户用储能长期增长趋势不改,能量密度和效率提升是关键

来源: 芯闻路1号 作者:程文智 2023-10-17 18:50:22

  这几年储能市场备受关注,据IHS最新的报告显示,户用储能近十年的增速可以达到年均复合增长率(CAGR)30.9%。不过今年的储能市场增速应该达不到这个数字,国内一些储能上市企业的Q2财报相对Q1来说还在衰减,那么真实的情况到底是什么样的呢?

  图:英飞凌电源与传感系统事业部应用管理高级经理徐斌

   

  英飞凌电源与传感系统事业部应用管理高级经理徐斌在2023 EEVIA年度论坛上分析称,户用储能市场的安装量这几年确实在迅猛发展。特别是2022年,欧洲、美洲、亚洲、南美洲,几乎每个地区都在爆发式地发展。因此,吸引了一大批之前不做储能的厂商进入,从而导致了目前市场上供过于求的情况。

  他认为,目前户用储能市场只是暂时性的低迷,在3~6个月的库存消耗完以后,还会朝着良性的趋势发展。从下图中也可以看到,橙色柱状图代表的是户用储能的安装量,紫色代表的出货量,2022年装机需求约为14,000兆瓦,但实际出货量接近18,000兆瓦,造成了4,000兆瓦的库存积压,也就是说储能逆变器与储能系统安装商都有很多库存,只有等到库存消耗完以后,市场才能更加健康地发展。

  2023户用储能市场放缓的原因

  谈到为何今年的发展速度相对去年来说会放缓,在徐斌看来主要有以下几个原因:

  一是受俄乌战争等地缘政治与能源危机的影响,欧洲在2022年发展异常迅猛。但随着欧洲能源供需情况得到缓解,今年发展势头有很大回落,从而影响了户用储能的装机热情,因此虽然今年仍然会持续增长,但增幅相比2022年会降低很大。

   

  二是与经济大环境有关,欧洲、北美等地区的通胀影响了用户安装户用储能的热情。

   

  三是国外与国内情况不同的是,他们还非常欠缺PV板(即光伏组件与储能一体化系统)安装的有经验,或者合格的劳动者,因为海外安装人员必须持证上岗,而且培训周期不短。也就是说,虽然供应商有足够的逆变器或者储能系统,但因为缺少有资质的安装工人,所以造成了安装渠道商的货物积压。

   

  户用储能的分类与发展趋势

  根据户用储能系统的技术特点,一般可分为交流耦合(AC Coupled)与直流耦合(DC Coupled)两种储能系统。所谓交流耦合储能系统,就是储能系统与电网和逆变器的输出部分做能量交换;而直流耦合的能量交换是与逆变器的直流母线进行的,也就是说它的能量可以来自两部分,一部分从PV板取电,另一部分通过电网取电。

   

  其中,交流耦合主要针对存量市场。因为光伏已经发展多年,在很多欧洲国家或者国内用户,他们已经配备的光伏或太阳能分布式系统,但当时并没有配备储能系统,现在安装的话采用交流耦合方式会更加合适。另外北美市场更喜欢安装交流耦合户用储能系统,比如特斯拉的Powerwall。

   

  直流耦合在一些新装的市场比较受欢迎,新装市场需要同时考虑光伏发电及储能,比如特斯拉新发布的Powerwall 3。

   

  与之前由光伏面板构成的简单光伏系统不同,近年来,消费者在安装光伏系统时会配备储能,且已成为一个明确的趋势。那么未来的户用储能会如何发展呢?

图示

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  徐斌认为会有以下几个趋势:

  首先,随着新能源汽车的爆发,未来户用储能对光储充一体化系统的需求会更加强烈;

  二是,不论是储能系统的体积、重量,还是成本,所有这些相关的重要特性都跟功率的转换效率挂钩。可以说,如果效率做得足够高,体积与成本等条件都会得到相应的提升;

  三是,户用的使用条件也限制了储能系统的体积,包括系统本身都是通过自然冷却散热,这对如何选择半导体元器件,比如保证它的温升最小,提出了很大挑战。

   

  也就是说,未来光伏用储能系统的能源转换效率和功率密度将会是产品脱颖而出的关键。那么如何应对兼具高功率密度和最小温升的挑战呢?徐斌觉得SiC MOSFET或是最佳选择。

  英飞凌的户用储能系统解决方案

  熟悉系统设计的工程师应该了解,在极限情况下,能效提升0.1%都很困难,但SiC MOSFET却能带来更高的效果。徐斌拿传统的NPC1拓扑结构举例说,在NPC1的Demo中,其他系统条件不变,如果用650V的CoolSiC MOSFET替换传统的IGBT,在70kHz的情况下,效率能够提升1.3%。

   

  据悉,英飞凌当前也已推出了第二代SiC MOSFET产品,若以650V,57毫欧的产品做性能对比,可以看到第二代产品以第一代产品的Qoss、Eoss、Ciss等指标均降低近30%。此外,第二代产品仍保留了易用性,比如V(GS)th仍保持了4.5V的高水准,如此一来就可以在0V的时候对该器件进行关断,对客户来说将进一步简化操作。

图示

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  图:英飞凌一站式储能系统解决方案

   

  当然,除了SiC MOSFET产品,徐斌指出,英飞凌可以提供一站式的储能系统解决方案,从耳熟能详的功率器件、MOSFET、IGBT、IGBT模块、到MCU、再到安全保护芯片、电流传感器等产品都可以提供,方便下游厂商快速导入设计。

   

  结语

  储能市场虽然经受短暂波动,但未来增长趋势依然没有改变,这其实不仅是英飞凌一家的观点,业内很多企业都是持此观点。毕竟各个国家和地区制定的双碳目标仍然还在推进,能源价格也没有回落到涨价之前的水准。

   

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