儲能產(chǎn)業(yè)****展利好哪些元器件產(chǎn)品？

為了實(shí)現低碳可持續發(fā)展，需要提高可再生能源的利用率，降低傳統能源占比。但受限于天氣等因素，可再生能源產(chǎn)生具有間歇性和不穩定性的特點(diǎn)。如何解決這一難題，實(shí)現像傳統能源一樣穩定的供電效果？?jì)δ芟到y將會(huì )發(fā)揮巨大作用。

電化學(xué)儲能推動(dòng)可再生能源轉型

儲能分為物理儲能、化學(xué)儲能和電磁儲能三大類(lèi)。當前以抽水蓄能為代表的物理儲能仍是大型儲能系統的主要方式，但以電化學(xué)儲能為代表的新型儲能正在迅速發(fā)展。電化學(xué)儲能系統的優(yōu)勢在于功率范圍較廣、能量密度較高、安裝部署便捷且技術(shù)成熟度較高，更適合與可再生能源搭配，構建智慧分布式電網(wǎng)。

在可再生能源的整個(gè)流轉過(guò)程中，每個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)都離不開(kāi)儲能系統的參與。在發(fā)電側，儲能系統主要起到匹配電力生產(chǎn)和消納、減輕電網(wǎng)壓力等作用，其中新能源并網(wǎng)是發(fā)電側電化學(xué)儲能主要應用場(chǎng)景。

在電網(wǎng)側，儲能系統受到電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監控，接收來(lái)自電力系統的統一調度指令，以實(shí)現電網(wǎng)側調峰調頻的需求，最終幫助提高電網(wǎng)響應靈活性、發(fā)揮全局性和系統性作用。在用戶(hù)側，企業(yè)用戶(hù)借助儲能系統可以通過(guò)自發(fā)自用節省購電成本，助力企業(yè)節能減排。家庭用戶(hù)可以將家儲系統與光伏系統相結合，將光伏能源直接供給家用電器使用，也能夠將多余的電能反向售賣(mài)給中央電網(wǎng)。

圖1：分布式儲能系統（圖源：IEA）

要實(shí)現低碳可持續發(fā)展，就要進(jìn)一步提高可再生能源發(fā)電量；而可再生能源發(fā)電量的提升，也將推動(dòng)全球儲能市場(chǎng)規?？焖僭鲩L(cháng)。

趨勢分析

據EIA預測，未來(lái)30年全球發(fā)電量將增長(cháng)約70%，2050年將達到4.2萬(wàn)TWh；其中可再生能源將是最主要的電力來(lái)源，約占總發(fā)電量的56%。來(lái)自CNESA預測顯示，2027年全球電化學(xué)儲能產(chǎn)業(yè)裝機規模將達1,138.9GWh，2021至2027年間復合增長(cháng)率將高達61%。

圖2：全球發(fā)電量預測（圖源：畢馬威分析）

我國是用電大國，并且仍有大量傳統制造業(yè)正在轉型升級過(guò)程中，這也就意味著(zhù)中國的雙碳目標的達成更具緊迫性和挑戰性。2022年1月國家發(fā)改委和國家能源局聯(lián)合發(fā)布的《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》指出，新型儲能是構建新型電力系統的重要技術(shù)和基礎裝備，是實(shí)現碳達峰、碳中和目標的重要支撐，也是催生國內能源新業(yè)態(tài)、搶占國際戰略新高地的重要領(lǐng)域。

圖3：全球電化學(xué)儲能裝機量   *為預測值（圖源：畢馬威分析）

連接器和IGBT在儲能系統中發(fā)揮重要價(jià)值

電池儲能系統（Battery Energy Storage System，簡(jiǎn)稱(chēng)BESS）是能量?jì)Υ娴妮d體，為智能電網(wǎng)提供了平滑過(guò)渡、削峰填谷、調頻調壓等功能。

無(wú)論是大型儲能系統還是小型家儲系統，其結構通常都是模塊化的。典型儲能系統主要由儲能電池模組、監控系統、電池管理系統、逆變器、光伏組件、匯流柜和傳感器等部分構成，其中成本最高的是電池模組。相比起其它的應用器件需求，儲能系統有一個(gè)獨特之處在于，對連接器的數量、種類(lèi)和技術(shù)要求更高。

圖4：儲能系統（圖源：Phoenix Contact）

連接器：儲能系統的脈絡(luò )

儲能電池模組的基本元件是電池單元，它們通過(guò)并聯(lián)和串聯(lián)切換的方式，組成一個(gè)個(gè)特定電壓電流的電池組。多個(gè)電池組部署在一個(gè)外殼中，就成為了一個(gè)電池存儲模塊。各個(gè)電池模塊之間又以串聯(lián)的方式連接至高壓箱內，再通過(guò)直流母線(xiàn)接入匯流柜中。這部分涉及到的連接器種類(lèi)包括“插拔式連接器”、“匯流母排連接器”、“穿墻式連接器”和“自鎖式接線(xiàn)端子”等。

而在儲能系統各個(gè)子系統之間，又需要小電流、高速率和抗干擾的信號連接器進(jìn)行連接。涉及到的連接器類(lèi)型包括“插拔式連接器”、“自鎖式接線(xiàn)端子”、“電池極連接器”以及各種電纜。據嗶哥嗶特產(chǎn)業(yè)研究室調研，1MW儲能系統中所需要用的連接器多達1,400套，其中以電池模組中的使用量居多。

圖5：儲能系統中連接器用量（圖源：?jiǎn)舾鐔籼匮芯渴遥?/span>

對于儲能系統內連接器而言，一部分潛在要求是有可靠的絕緣能力，以及對機械、熱和化學(xué)影響的抵抗力。另外像導線(xiàn)彎曲半徑、導線(xiàn)芯數等也有著(zhù)相應的標準。而諸如母線(xiàn)連接器和電池極連接器等，通常對于耐壓能力要求更高。

對于連接器的另外一部分要求來(lái)自安裝維護人員。通常運維人員需要對電池組進(jìn)行反復的插拔，為了提高效率和安全性，就要求連接器能夠實(shí)現快速插拔，能夠從各個(gè)角度插入，并且在一些需要區分正負極的場(chǎng)景中提供明確的標識，避免接反短路高溫導致的線(xiàn)纜融化。

圖6：儲能電池所需連接器（圖源：Phoenix Contact）

那么選擇什么樣的連接器才能夠滿(mǎn)足儲能系統的要求呢？連接器廠(chǎng)商Phoenix Contact已經(jīng)根據儲能系統應用特點(diǎn)，結合自身的連接技術(shù)特長(cháng)，提供了一系列全面的連接器產(chǎn)品組合。在此我們?yōu)榇蠹彝扑]兩款，第一款是“LPC 2.5帶操作桿的可插拔接線(xiàn)端子”，在貿澤電子的料號為“1110629”。

圖7：LPC 2.5帶操作桿的可插拔接線(xiàn)端子（圖源：Phoenix Contact）

 該接線(xiàn)端子有幾大優(yōu)勢：

● 一是電壓范圍高達300V，因此適用于光伏、儲能和充電等高壓場(chǎng)景。

● 二是采用免工具桿連接技術(shù)，閉合操作桿即可實(shí)現插拔式連接，在連接和釋放帶/不帶套管的導線(xiàn)時(shí)可節省大量時(shí)間。

● 三是操作桿位置一目了然，能可靠提供有關(guān)接線(xiàn)區域是打開(kāi)或是關(guān)閉的反饋信息。這些特性使其非常適用于需要大量現場(chǎng)設備連接的場(chǎng)景。

此外，該器件使用內置的測試元件，可快速方便地進(jìn)行測試，螺栓法蘭能保證高度的機械穩定性。

另一款為大家推薦的連接器為“電池匯流條連接器”，該器件在貿澤電子的料號為“1155597”。

圖8：電池匯流條連接器（圖源：Phoenix Contact）

該電池匯流條連接器可以直接連接支架匯流條上的電池模塊，安裝便捷；在未插入時(shí)也可確保電池模塊具有防觸電保護，安全可靠；適用于高達1,500V的應用，模塊化設計支持40A至200A的標稱(chēng)電流范圍；采用內置接口的彈簧籠連接，無(wú)需現場(chǎng)接線(xiàn)，簡(jiǎn)化了儲能裝置中滑入式系統的安裝。此外，Phoenix Contact的電池匯流條連接系統還可為電池提供反向極性保護和觸摸安全連接。

IGBT逆變器：儲能系統的心臟

如果將連接器比喻成儲能系統的脈絡(luò )，那么逆變器就是儲能系統的心臟，它直接控制著(zhù)電網(wǎng)和電池之間的能量轉換，在儲能系統中逆變器成本占比僅次于電池。儲能逆變器可以將交流電轉換成直流電儲存在蓄電池內；當發(fā)生斷電的情況后，逆變器又能將蓄電池內的直流電轉換成交流電供用戶(hù)使用。此外，儲能逆變器能夠為用戶(hù)提供電網(wǎng)電能與蓄電池電能之間的雙向轉換，方便用戶(hù)進(jìn)行并網(wǎng)和離網(wǎng)。

圖9：BESS簡(jiǎn)化框圖（圖源：IEEE Access 8-188861）

逆變器中最關(guān)鍵、價(jià)值最高的組件就是IBGT，承載著(zhù)變壓、變頻、交變轉換等功能。而要實(shí)現儲能系統高效可靠的功率轉換，則要求IGBT有著(zhù)超高的耐壓等級、極低的導通阻抗和更快的關(guān)斷速度等。

在整個(gè)儲能系統的設計中，逆變器的設計部分可以說(shuō)是最具有挑戰性的，因為逆變器的轉換效率決定了整個(gè)儲能系統的能效，進(jìn)而影響到了客戶(hù)的收益回報率。而要實(shí)現高能效的逆變器設計，一方面要選擇新的拓撲電路，另一方面就是要選擇高能效的IGBT和MOSFET器件。

在此為大家推薦一款來(lái)自Vishay的IGBT功率模塊，非常適用于逆變器、開(kāi)關(guān)模式電源和UPS等應用，該器件在貿澤電子的料號為“VS-GT90SA120U”。

Vishay IGBT功率模塊采用溝道PT IGBT技術(shù)，結合了Hexfred和Fret PT二極管技術(shù)。通過(guò)INT-A-PAK等功能可在需要高電壓和大電流的板上實(shí)現有限高度要求的設計。此外，該模塊內部還集成了熱敏電阻，具有極低內部電感和低開(kāi)關(guān)損耗，支持高效率的電源轉換設計。

圖10：Vishay IGBT功率模塊（圖源：Vishay）

結語(yǔ)

從人類(lèi)的發(fā)展規律來(lái)看，生產(chǎn)力水平和能源消耗量成正相關(guān)。要實(shí)現可持續發(fā)展的同時(shí)繼續提高生產(chǎn)力水平，則必然需要進(jìn)行能源結構變革，提高可再生能源利用率。而可再生能源的利用率提高，勢必會(huì )加速儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在儲能產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展的背后，連接器和IBGT作為其中的關(guān)鍵器件，將會(huì )進(jìn)一步迎來(lái)新的市場(chǎng)空間。

來(lái)源：貿澤電子