以创新半导体技术迎接可再生能源市场的爆发

日本爆发的核危机也同时引发了人们对可再生能源的深切关注，大力发展太阳能、风能、生物能等安全、绿色的可再生能源已经是迫在眉睫。本文介绍了众多关注可再生能源的半导体公司在该领域的新技术以及新策略。

　　可再生能源近年来已日益成为全球关注的焦点，但由于成本、效率、可靠性等多方面的因素，一直制约着可再生能源应用的普及。可这丝毫不能减退各国政府对于可再生能源的热情，尤其在日本3.11大地震引发核危机之后，人们更深刻的认识到大力发展太阳能、风能、生物能等安全、绿色的可再生能源的迫切性。作为高科技产品的技术基础，半导体产业在其中一直扮演重要的角色，在可再生能源领域亦是如此。

　　提升太阳能转换效率

　　太阳能光伏是可再生能源中最具优势的一种方案：转换环节少、资源蕴含量丰富、土地占用面积小……但设备转换费用以及转换效率仍是当今太阳能光伏面临的两大挑战。由于太阳能光伏板的成本占整个光伏系统成本的70%以上，太阳能光伏板供货商不断致力提高太阳能光伏板的效率。太阳能光伏板上的阴影变化、污垢和光伏板老化等因素，都会对各个光伏板的电压构成影响，从而引起串联光伏板的输出电压发生变化。例如，光伏系统表面只要有大约10%的阴影，就可能导致不成比例地50%以上的电能损失。

　　针对光伏阴影问题，美国国家半导体（国半）的SolarMagic电源优化器尤为引人注目。它可监察并优化每块电池板的发电量，并改善电池板中的电流流向。传统的方法是使用微型逆变器，即在每块电池板上都加装逆变器，功能比中央逆变器优胜。简单而言，它无需配置太阳能光伏板串联，就可以在每块光伏板上取得最佳功率点，减少阴影问题。可是，除了效率之外，影响光伏系统的关键因素还有可靠性和成本。微型逆变器并不能全面地平衡这几个关键因素。逆变器在现行的光伏系统中是可靠性最低的组件，它们一般只能使用5到10年，而电池板则可保证使用25年。

　　国半亚太区核心市场业务发展总监张耀强表示，通过采用SolarMagic技术，太阳能发电系统可挽回50%以上因输电失配或阴影遮蔽而损失的发电量。微型优化器将智能地管理每块电池板，让它们可以最佳的功率点去运行，即使串联电池组内有个别电池板发生故障也不会影响系统的整体效率。继第二代产品SM3320之后，目前国半正准备推出基于SolarMagic技术的第三代产品。

　　太阳能电池是与生俱来的低效率器件，不过这类电池确实有最大输出功率点，因此在这一点上工作是显然的设计目标。问题是，最大输出功率的I-V特性随着光照条件的变化而改变。单晶太阳能电池的输出电流与光强成正比，而其在最大功率输出点上的电压则相对恒定。就给定光强而言，最大功率输出出现在每条曲线的弯曲处，在这里电池从恒定电压器件转变为恒定电流器件，参见图1。

　　

　　图1：单节光伏电池的典型最大功率点控制点

　　cell current：电池电流

　　maximum power point：最大功率点

　　cell voltage：电池电压

　　cell performance：电池性能

　　因此，一个充电器设计要能从太阳能电池板高效率抽取能量，那么当光照强度不能满足充电器的全部功率需求时，必须能控制电池板的输出电压，以将其引导到最大功率点上。“这就是凌力尔特（Linear）开发出面向太阳能供电应用2A电池充电器LT3652的原因。”凌力尔特公司电源产品部产品市场总监Tony Armstrong指出。该器件采用了一个输入电压调节环路，如果输入电压降至低于设定值（由一个简单的分压器网络设定），那么该环路就降低充电电流。当由太阳能电池板供电时，输入电压调节环路用于保持电池板接近峰值输出状态。

　　凌力尔特还推出了专门用于可再生能源应用的LTC4070电池充电器。该器件是一款易于使用和纤巧的并联电池充电器IC，用于锂离子/聚合物电池。通过串联几个LTC4070，可以给多节电池组成的电池组充电，并实现电池电量的平衡。该器件的功能使其非常适用于功率较低的连续和间歇充电电源应用，包括锂离子/聚合物电池备份、薄膜电池、币形电池、存储器备份、具备份的太阳能供电系统、嵌入式汽车应用以及能量收集应用。

　能源采集方案

除了在提高能量转换效率方面的技术创新外，可再生能源也为能量收集器件创造了机会。我们周围存在大量环境能源，传统的能量收集方法一直利用太阳能电池板和风力发电机收集能量。不过，新的收集工具使我们能用种类繁多的环境能源产生电能。例如，热电发生器将热能转换成电能，压电组件转换机械振动能，光伏组件转换太阳光（或任何光源）的光能，通过化学作用产生电流的组件转换潮气产生的能量。这使向远程传感器供电或给电