mppt太阳能控制器 国内外研究现状

mppt太阳能控制器 国内外研究现状,第1张

国外有两家半导体公司在 研发MPPT控制芯片,一是意法半导体,二是国家半导体,前者的芯片集成度非常高,只用一片芯片配以简单外围电路就可组装成为接线盒;后者有两种方案,一也是像意法那样集成在单芯片里,另一种是几个芯片配合起来用。

国内的话好像没有哪家公司专门研究MPPT控制器,都是用这两家的芯片组装成接线盒,就叫智能接线盒了,比如最多的是无锡尚德,和另外一家叫快可,还有其他一些公司也在和这两个半导体公司合作。

希望我的回答您能满意。

我从大学毕业后就就职于一家半导体生产企业,岗位是工程师。在这家单位我一直工作了将近8年时间。在第8年的时候我换了一份工作,背井离乡去了另一个城市,新单位所属的行业是光伏行业,也就是太阳能发电。一年后,因为个人的原因,我重新回到了家乡,又一次投入到了集成电路行业。

作为一个在半导体行业和光伏行业都曾有过涉猎的人,我乐于比较两个行业之间的优劣势,也希冀以这两大高新技术行业为缩影,折射出中国高新技术产业整体的发展现状。

严格上来说光伏技术可以算得上是半导体学科的一个分支,所以如果你是从半导体行业转到光伏行业,适应的时间比从其他行业转过来的要短的多的多。但是光伏行业又独立于半导体行业之外,因为它首先是新能源行业的一个分支,无论从最终的产品外形,用途还是其服务的终端领域都与半导体行业有着天壤之别。人们谈起光伏行业,更愿意强调的是太阳能发电是一种清洁可靠的新型发电方式,而不会有多少人在意其实太阳能发电的原理只是运用到了半导体物理中最基础的光电转换理论。在我看来,这更像是科学家在研究半导体物理时,突发奇想地,或者是不经意间地,想出来的点子。因此其技术复杂度还远不能与半导体行业相媲美。当然术业有专攻,近些年光伏行业也在不断挑战更高的技术壁垒,研究的方向也涉及到从上游晶硅到下游组件生产乃至最终的发电成套。所以单纯地讨论光伏行业和半导体行业孰优孰劣并没有太大意义。

单从发展前景来看,光伏行业可以算得上是现在为数不多的几个“朝阳产业”之一。当今世界,能源紧缺是所有国家共同面临的严峻问题,光伏行业可谓是顺应形势而生,太阳能“取之不竭,用之不尽”,可谓是大自然赐予人类最好的馈赠之一,没有理由不好好利用,况且光伏产品符合人们对于新能源的几大要求:低碳环保,可持续发展等,因此它能取得广泛的关注也在情理之中,在过去的20年间,光伏行业得到了突飞猛进的发展,这其中以中国大陆的光伏行业发展最为引人注目。

事物都有两面性,在光伏行业发展过程中,也出现了很多违背规律的现象和全球性的不平衡,主 要表现在:

1,人们在谈及太阳能发电时,往往夸大了最终的光伏产品组件的清洁无污染性,但有意无意地却都选择性忽视了以下事实:在整个产品生产链中,从上游的多晶硅生产到中游的电池片,都是一个高污染高能耗的生产过程,由于工艺的不成熟和法律法规的不完善,违规排放污染源的现象屡见不鲜。和半导体产业相比,虽然光伏行业生产使用到的气体、酸、碱等化学品种类要少一些,但是其对于污染源排放前的处理还很不规范。这一切都使得这个头顶着“清洁能源”光环的行业显得严重名不符实。明知污染严重,然而中国各地的光伏产业园仍然“忽如一夜春风来,千树万树梨花开”,最高峰时全国单生产电池片的厂家就有1000多家。究其原因,众所周知就是背后的经济利益在推动。因为在光伏行业曾经的巅峰时期,由于欧洲国家政府对光伏发电的大力支持,使得中国国内生产商的订单源源不断,厂商的利润率高的令人咋舌。高利润带来了高税收收入,因此各地政府在招商引资时也几乎完全忽视了背后的污染,这也埋下了一定的隐患。2011年晶科新能源的污染事件终于让人们开始警醒,也让普通民众开始关注这个行业背后存在的污染真相。

2,各地一拥而上的过度投资显然已经违背了经济发展规律。客观上来看,各地的投入和支持使得中国涌现了一大批在世界上都位列前茅的大型光伏企业如英利、赛维、尚德、天合光能等等,这也使得中国在光伏领域取得了在其他行业少有的世界领先的行业地位。但是大部分的投资显得功利性太强,目的性单一,缺乏高瞻远瞩的目光。由于不像半导体那样动辄十几二十亿的投资,投资一条小型的光伏电池片生产线往往只要上千万,但其收益率以及资金回收周期远优于半导体行业,极好的迎合了资本逐利的本性,这就导致很多资金从其他领域纷纷涌入,甚至连很多江浙一带原本是从事传统行业的私营业主也打破脑袋想要进入。但是这些人都忽视了一个问题:光伏市场的面还不够广,在国内市场没有充分打开的前提下,只有过度依赖欧美市场,这样带来的后果就是,所有中国企业都在分食同一块大蛋糕,由于选择面越来越广,欧美国家有了更多的底气与中国企业谈判,定价的话语权完全掌握在别人手里,而中国的企业能做的只是内耗。当然这还不是最严重的问题,更严重的是,由于对欧洲市场的严重依赖,所以当欧洲出现了百年一遇的金融危机时,我们的企业似乎完全没有了招架能力。2011年年中开始,德国西班牙意大利等一些欧洲国家就纷纷宣布将不再对光伏上网提供补贴,这也使得欧洲的订单锐减,美国却在这时候落井下石地提出了针对中国光伏企业的“反倾销反补贴”的所谓“双反”诉讼(另据了解近期欧洲国家也仿效美国提出了双反诉讼),反观国内市场却迟迟未能打开,这一切都使得整个光伏行业彻底陷入了有史以来最深的谷底。在这样的背景下,之前过度投入所导致的产能过剩效应很快显现,一些本来就是投机大于投资的小企业,因为没有技术上的优势,很快就面临了没有订单的困境,光浙江就有三分之二的小企业早早倒闭。大企业的日子同样不好过,在景气时期盲目的产能扩充竞赛,终于到了秋后算账的时候了。据悉目前排名靠前的几大光伏巨头的资本负债率最少的也在50%以上,赛维LDK的负债率甚至已经超过100%,到了崩盘的边缘。这一切的恶果,很大一部分原因都归咎于当初热昏了头的投资。

3,光伏产业的发展还存在着全球不平衡性。之所以说是全球不平衡,是因为高污染高能耗的产业链上中游都集中在以中国为代表的发展中国家,而真正最终的无污染的清洁应用大部分都在欧美等发达国家,所以虽然中国的光伏企业在这一轮光伏大潮中收获了一定的经济利益,但是从长远的眼光来看,真正获益的无疑是欧美国家,因为他们巧妙地将污染的源头转移到了中国,而将真正的清洁能源带到了自己国家,在未来的几十年里,这些静静地躺在山坡上或是屋顶的光伏组件将为这些国家带来源源不断的电力,而他们为此付出的仅是一张支票。而作为产品输出国的中国,他们的居民很长一段时间内仍然不得不面对火力发电厂里冒出的浓烟。这种不平衡在很长一段时间内都不会被打破,因此需要我们去深思如何去转换思路打破这种不平衡。

尽管中国的光伏行业面临了前所未有的危机,但危机也何尝不是机遇。有人认为,光伏行业危机反而给了整个行业反思和洗牌的机会,淘汰落后产能,整合优质资源是当务之急。此外危机也催生了光伏巨头们对于新技术研发的更大关注和投入,这在以前是不可想象的,光伏企业们逐渐意识到,只有研发出更高发电效率的电池组件,才能占领市场的制高点,才能存活下去。这种技术上的竞争是政府乐于看到的,这也更符合这个行业的发展规律。国家也注意到了光伏行业存在的困境,尽管在光伏行业的最高峰时,国家已经发出过了警惕光伏行业投资过热产能过剩的警告,但是当时没有多少人响应,现在这个时候光伏企业确实需要国家的帮助了。在国务院发布的十二五规划中,明确提出了光伏发电装机容量的目标,这也算是给飘摇中的光伏行业送去了一丝希望。所有光伏企业都在期待着。我也一直在关注着这个行业的新动向。不管怎样,光伏行业始终是一个前景光明的行业,现在经历的一个阵痛期只是它必然会经历的一个阶段,只要度过了这个艰难的时期,必将重新焕发生机。

说完了光伏产业,我再来说说我更为了解的半导体行业,也叫集成电路产业。这个行业也分上中下游,所不同的是上游是集成电路设计,这一点是光伏行业所没有的,光伏行业的所谓上中下游,纯粹是针对于生产而言。中游是芯片生产,下游是封装测试,中下游都偏向于生产制造,所不同的是芯片生产的技术含量更高。本人不才,没有能力进入要求更高,待遇更好的设计类企业,而是从事的是中游芯片生产相关的工作。

半导体芯片的生产过程与光伏产业中电池片的生产颇为类似,都是在硅基片上(也有一些光伏电池片不是以硅片为基础的,但不是主流)掺入一些杂质,然后对硅片进行一些处理,利用硅这种半导体的特性,实现各种电学表现。所不同的是,光伏电池片的处理工艺较为简单,往往10几个步骤就可以完成整套流程的生产,而半导体芯片的生产工艺要复杂的多得多,往往一颗芯片的生产步骤要多达几百上千步,可以说两者不是在一个数量级上的。而且半导体工艺的复杂程度之高,对产品和环境要求之苛刻,对于工作人员的要求之严格,涉及到的相关学科之多是光伏行业远远不能比拟的。这里面的细节无法用一片短短的文章就可以细说,感兴趣的同学可以自己去了解。

正是因为有了以上特点,半导体行业的软硬件投入是十分惊人的,需要大量的资金,因此它也可以算得上是“有钱人玩的游戏”。当下投资一个8英寸芯片厂所需要的资金在10亿美元左右,而投资一个12英寸芯片厂所需要的资金则将高达30亿美金。这远远不是一般投资人可以承受的。半导体行业对于电子工业来说是源头,因此历来各个国家都非常重视,针对其投入大的特点,一般各国政府都会以各种形式的补贴来表示支持。

虽然投资巨大,但是半导体行业的利润率却远远不及巅峰时期的光伏行业。事实上,半导体行业也曾有过辉煌的年代。在20世纪70年代,当台湾张仲谋创立了世界上第一家以纯晶圆代工模式为主的半导体工厂台湾积体电路有限公司(台积电)时,半导体工业迎来了一个发展的高峰,这种全新的模式解放了设计公司,因为他们无需再烦心于要投入巨资建立生产线,却又没有足够的量而导致机台利用率低的窘境,因此受到了极大的欢迎,订单源源不断。当时台积电的利润率大概与光伏行业相似,员工的待遇也是惊人的好,曾有年终晚会抽奖送出一亿元股票的故事。当年台湾年轻人都以进台积电赚大钱为目标。在台积电取得了巨大成功后,半导体代工厂如雨后春笋般在台湾地区出现,继而也发展到了世界其他国家,这也必然使得市场被分摊,各家的竞争也愈加激烈,因此利润率的下降也是情理之中的事情。从这点上来说,半导体行业也曾经历过和光伏行业目前所面临的一样的历史阶段。但两者在相似中又有一些本质上的区别。

首先半导体行业由于前文所讲到的原因,从一开始就注定它是一个高投入的产业,因此投资这个产业必然是慎之又慎的,必然是做了大量前期准备后的决定,而生产工艺的复杂性使得客户,也就是设计企业,不会轻易地转换供应商,因为这对于他们来说也是一个巨大的风险。这里再稍稍补充介绍一下,其实对于上游的相关设计企业来说,如何尽快将产品推向市场,占据市场先机是他们一直要考虑的问题,否则就很难在市场上立足。因此选择一个好的晶圆厂作为合作伙伴是一件非常重要的事情,而一旦这种合作关系稳固下来,就说明晶圆厂已经根据设计企业的要求做了从投片到最终出产品中间几百乃至上千道工艺的调试,保证了每一道工序都符合要求,这个过程需要花费漫长的时间,有的甚至要花几年的时间。因此如果突然中途更换合作伙伴,则意味着所以一切都要从头再来,而且还要背负着结果存在很大不确定性的风险。这对于以市场时机为导向的设计企业来说,将是灾难性的。而光伏行业的门槛低,除了几家光伏巨头之外,其他各家公司的背景可谓鱼龙混杂,产品技术相对简单,几乎每家的产品都没有太大的差异,工艺调整起来也没有那么复杂,因此客户更换供应商也更容易,这也是为什么光伏企业容易倒闭,而很少听到半导体企业特别是半导体晶圆制造厂倒闭的案例。

其次从市场需求的角度来说,半导体行业作为电子工业的源头,目前为止还没有其他可替代品,因此它的地位是稳固的,半导体产业通常都是一个国家的支柱产业,中国大陆在这方面的起步较晚,但是政府的重视程度却不亚于世界上任何一个国家,虽然和半导体发达国家还存在很大的差距,但在国家的强力支持下这种差距正在逐步缩小,也涌现出了像中芯国际这样世界级的大公司。当今正是各类电子产品层出不穷的年代,全球各大厂商如苹果,三星等公司推出的各类新潮产品不断这吸引着消费者的眼球,各种新技术推层出新,这也推动了半导体工业的发展,因为电子产品中最核心的各类芯片就是源自于半导体工业,这其中最著名的代表之一就是著名的半导体大厂英特尔。个人认为如果没有英特尔生产的CPU,世界的发展速度将至少减慢30年。半导体工业的发展也始终遵循着著名的摩尔定律,从当初的4英寸、6英寸,8英寸发展到现在的12英寸,18英寸,工艺节点也从0.25微米,0.13微米发展到了90纳米,45纳米,22纳米,并且还在向更高的原子级别迈进,除此之外,一些新技术如石墨烯等也如小荷初露角,因此可以预见的是,半导体仍将持续发展很长一段时间,直到更新的技术出现。而反观光伏行业,虽然从本质上来说,这是一种很有前景的行业,但是它并不具备半导体行业那种舍我其谁的行业地位,换句话说,光伏行业并不是新能源替代旧能源的唯一选择。除了太阳能,风能,生物能,核能以及近来比较热门的页岩气等都是比较有前景的能源。因此光伏行业如果想要脱颖而出,必须体现出技术优势,成本优势,环保优势,效率优势。而这些恰恰确实光伏行业目前所缺乏的。因此,如果不是欧美国家的巨大市场需求,以及日本地震对于核能的打击等一系列原因,光伏行业在中国的发展绝不会这么迅猛。高速发展掩盖了原本应该作为行业基石的技术的薄弱性,因此当受到猛烈冲击时,光伏行业外表光鲜亮丽的大厦崩塌离析也是必然的。

1958年,我国研制出了首块硅单晶 中科院院士、中科院半导体研究所研究员王占国对记者说:“美国1957年左右拉出了首块硅单晶,我国1958年也研制出了首块硅单晶,随后,中科院物理新成立的半导体研究室正式开始研发太阳能电池。” 最初,研发出的电池主要用于空间领域。从1958年到1965年间,半导体所研制出的PN结电池效率突飞猛进,10×20mm电池效率稳定在15%,同国际水平相差不大。 1968年至1969年底,半导体所承担了为“实践1号卫星”研制和生产硅太阳能电池板的任务。在研究中,研究人员发现,P+/N硅单片太阳电池在空间中运行时会遭遇电子辐射,造成电池衰减,使电池无法长时间在空间运行。 于是,包括王占国在内的6人小组开始进行人造卫星用硅太阳电池辐照效应研究,实验过程中,由于技术不成熟、设备落后,致使王占国的右手严重电子灼伤,从此他一直饱受痛苦,直到1978年夏天进行植皮手术才有所缓解。记者注意到,王占国院士右手手背上有一些黑色的褶皱,这正是老一辈科学家殚精竭虑献身科学的印记。 经过刻苦攻关,实验结果给研究人员带来巨大惊喜。王占国院士介绍,NP结硅太阳电池抗电子辐照的能力比PN结硅电池大几十倍!随后,半导体所做出了将硅PN电池改为NP定型投产的决定,生产出了5690片NP结硅太阳电池,其中达到空间应用要求的成品3350片,圆满完成了“实践1号”卫星用太阳能电池板的研制、生产任务。1971年实践1号发射升空,在8年的寿命期内,太阳电池功率衰降不到15%,该项目在1978年全国科学大会上获重大成果奖。 1969年,半导体所停止了硅太阳电池研发,随后,天津18所为东方红二号、三号、四号系列地球同步轨道卫星研制生产太阳电池阵。 王占国院士说:“70年代末,我国与国际同期开展了砷化镓太阳能电池研究,该电池具有很高的光发射和光吸收系数,1999年,2×50px2电池的转换效率达22%。” 1975年宁波、开封先后成立太阳电池厂,电池制造工艺模仿早期生产空间电池的工艺,太阳能电池的应用开始从空间降落到地面。 上世纪80年代开始,我国太阳能电池开始进入萌芽期,研发工作在各地次第展开,但进展缓慢。 崔容强介绍说,1986年国家计委在农村能源“1986—1990年第七个五年计划”中列出了《太阳电池》专题,全国有6所大学和6个研究所开始进行晶体硅电池等的研究。 20世纪80年代末期,国内先后引进了多条太阳能电池生产线,包括云南半导体厂从加拿大引进的1MW(兆瓦)生产线等,使中国太阳能电池的生产能力由原来的几百KW(千瓦)一下子提升到4.5MW,这种产能一直持续到2002年,产量则只有2MW左右。 “90年代中末期为我国太阳电池稳步发展期,经过引进、消化、吸收和再创新,太阳电池生产技术和工艺得到稳定发展和提高,生产量稳步增长,基本满足了国内市场的需要并有极少量的出口。”崔容强说。 1998年,我国政府开始关注太阳能发电,拟建第一套3MW多晶硅电池及应用系统示范项目,这个消息让现在的天威英利新能源有限公司的董事长苗连生看到了一线曙光。可是,当时太阳能产业发展前景尚不明朗,加之受政策因素制约,令不少人对这一新能源项目望而却步。在合作伙伴退出的情况下,苗连生毅然逆势而上,争取到了这个项目的批复,成为中国太阳能产业第一个“吃螃蟹”的人。 2001年,无锡尚德建立10MWp(兆瓦)太阳电池生产线获得成功,2002年9月,尚德第一条10MW太阳电池生产线正式投产,产能相当于此前四年全国太阳电池产量的总和,一举将我国与国际光伏产业的差距缩短了15年。 2005年12月14日,无锡尚德太阳能电力公司在纽约证券交易所上市,尚德的横空出世及超常规发展带来的“首富效应”启动了中国太阳能产业的加速,国内太阳能电池的生产和研发也驶入了快车道。 天威英利公司相关负责人介绍,2003年12月19日,该公司的项目正式通过国家验收,全线投产,填补了我国不能商业化生产多晶硅太阳能电池的空白。 2003到2005年,在欧洲特别是德国市场拉动下,尚德和保定英利持续扩产,其他多家企业纷纷建立太阳电池生产线,使我国太阳电池的生产迅速增长,目前,我国太阳能电池产量占到世界总产量的30%。 王占国院士指出:“近年来我国太阳能电池相关的技术研发取得了一些突破,但是,与国外相比可能还存在一些差距,主要表现在技术水平、产业和市场发展等方面。比如,几种典型太阳电池的实验室最好效率都比国外要低,我国单晶硅、多晶硅的实验室效率分别为19.8%、16.5%,而国外的分别为24.8%和19.8%。” 而且,王占国院士表示,我国太阳能电池制造中,很多设备都是从国外进口,耗费了企业大笔资金,所以,我们应该加大设备的研发和制造,以降低成本。 北京地铁站旁安装的太阳能路灯 2005,我国拉开多晶硅大发展的序幕 多晶硅是整个太阳能电池产业的“命脉”,多晶硅原材料的短缺使太阳电池的成本居高不下,严重制约了太阳能电池产业和市场的发展。 另外,多晶硅原材料的先进生产技术一直基本上掌握在美国、日本、德国等几家主要生产商手中。由于种种原因(生产商对光伏产业能否保持稳定需求的疑虑、技术和市场垄断的需要、扩产的滞后性),这些企业没有一家宣布在中国建厂,更遑论技术转让。 洛阳中硅高科技有限公司副总工程师严大洲表示:“国内光伏企业要摆脱受制于人的局面,必须‘苦练内功’,走自主研发的道路,加大技术创新力度。” 严大洲介绍说,我国多晶硅始于1964年,但是技术水平低、规模小、产品单耗高、生产成本高。2005年之前,我国年产多晶硅还不到世界年总产量的0.5%。 因此,2005年,业内著名专家梁骏吾、周廉、阙端麟三位两院院士联名报送中共中央、国务院等一份建议书,呼吁:“打破垄断、政府主导、多方融资迅速建立年产上千吨级的多晶硅生产厂。”严大洲说:“院士的上书在业界引发了强烈反响,也坚定了我们走自主研发道路的决心。” 在此背景下,科技部组织实施了863攻关计划、“十一五”支撑计划等,同时,国家发改委组织实施了《高纯硅材料高技术产业化重大专项》,围绕多晶硅生产各环节的重大技术难题,实施重点攻关,取得了一系列攻关和产业化成果,拥有了自主知识产权技术体系,为多晶硅的产业化发展赢得了主动权。 2004年,洛阳单晶硅厂与中国有色设计总院共同组建的中硅高科自主研发出了12对棒节能型多晶硅还原炉,以此为基础,2005年,国内第一个300吨多晶硅生产项目建成投产,从而拉开了中国多晶硅大发展的序幕。 严大洲说:“我国首条产业化示范线建成,一方面给了业内人士信心,另一方面,也标志着多晶硅规模化生产技术体系形成,打破了国外多年的技术封锁和市场垄断。” 另外,在多晶硅的提纯技术上,我国也不断取得突破。目前,世界上普遍采用“改良西门子工艺”提纯,纯度虽高,但能耗大、不环保。中科院上海技术物理所高文秀团队另辟蹊径,发明了“物理法”进行提纯,2007年7月16日,部分样品经日本方面测定,纯度高达5N至6N(用于太阳能电池的多晶硅纯度,要求远远高于99.9%:以“N”代表小数点后“9”的数量,须在4N以上),电耗和水耗分别只有“改良西门子工艺”的1/3和1/10。 目前,国内绝大部分多晶硅生产都采用三氯氢硅工艺,这种高耗能工艺因四氯化硅等无法全部回收难以处理,环境污染严重。2008年,中硅高科承担了国家“863”重点科技攻关项目—多晶硅副产物利用关键技术研究,该公司通过自主研发,成功完成了低温加压氢化技术的研究。严大洲介绍说:“目前,该项目已经在1000t/a和2000t/a多晶硅等项目上运行,四氯化硅经过几次循环后,几乎可实现全部回收利用。” 而天威英利六九硅业现在采用的新硅烷生产多晶硅工艺耗电少,生产成本比同行业低24%,产量同比提高30%,副产品无污染并且可全部出售再利用。 王占国院士称,对目前占据光伏市场90%的晶体硅太阳电池来讲,转换效率的提高和硅片的薄型化是降低成本的主要途径。 据江西赛维公关部总监姚伟介绍,该公司最薄的硅片为160m左右,达到了世界领先的产业化水平。 2007,我国成为生产太阳电池最多的国家


欢迎分享,转载请注明来源:内存溢出

原文地址: http://outofmemory.cn/dianzi/9146759.html

(0)
打赏 微信扫一扫 微信扫一扫 支付宝扫一扫 支付宝扫一扫
上一篇 2023-04-25
下一篇 2023-04-25

发表评论

登录后才能评论

评论列表(0条)

保存