電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）儲能產(chǎn)品發(fā)展到今天，其技術變化日新月異，而壽命循環(huán)次數(shù)已經(jīng)成為不少廠商競爭的焦點。市場中超過萬次循環(huán)的產(chǎn)品已成為標配，許多企業(yè)還承諾儲能產(chǎn)品壽命能夠達到20年甚至25年。

根據(jù)國家標準，光伏電站的設計使用壽命為25年，這也意味著只要儲能產(chǎn)品壽命能夠達標，就能讓光伏電站發(fā)揮出最大的經(jīng)濟效益。但市場中許多儲能產(chǎn)品，其使用壽命與宣傳嚴重不符，并且很難進行驗證。其主要原因，是IGBT的性能。

萬次循環(huán)已經(jīng)成為儲能電池的標配

在當前競爭激烈的市場環(huán)境下，讓不少儲能企業(yè)將目光聚焦在追求更高的循環(huán)次數(shù)上。信息顯示，從2019年至2024年期間，儲能電池的研發(fā)和商業(yè)化進程中，實現(xiàn)萬次以上循環(huán)壽命已成為行業(yè)的重要目標和技術突破點。

多家企業(yè)如寧德時代、國軒高科、欣旺達、天合儲能等已經(jīng)或正在研發(fā)并實現(xiàn)量產(chǎn)能夠達到1萬次以上甚至更高循環(huán)次數(shù)的儲能電芯，這些產(chǎn)品在工商業(yè)儲能、新能源應用以及家庭儲能系統(tǒng)中具有更長的循環(huán)壽命、更低的運營成本和更高的經(jīng)濟效益等顯著優(yōu)勢。

同時，除了鋰電池技術外，鎳氫電池等其他類型的儲能技術也在不斷進步，例如EnerVenue公司的鎳氫電池可提供超過3萬次的循環(huán)壽命，適應于不同的儲能應用場景需求。

如果按照每天1.5次充放電來計算，1萬次的循環(huán)約為18年的壽命，如果循環(huán)次數(shù)達到1.5萬次，那么壽命超過25年。

國內(nèi)目前儲能電池主要以磷酸鐵鋰為主，而磷酸鐵鋰電池壽命衰減的主要原因在于陽極副反應導致的活性鋰消耗。所以補充活性鋰就能有效地解決這一問題，而目前主要方法為負極補鋰和正極補鋰兩大類。這也能有效的幫助儲能電池壽命達到20年以上，做到光儲同壽。

當然儲能電池的長壽命，也需要有足夠的售后來進行保證。有業(yè)內(nèi)人士預計，五年后儲能產(chǎn)品成本還將再降低50%，因此企業(yè)可以在保證足夠利潤的情況下，能夠為業(yè)主提供20年以上的售后。

此外，電池的溫度也成為也成為影響儲能壽命的關鍵，有機構研究顯示，每當電池內(nèi)部溫度提升15度時，系統(tǒng)的壽命會減少一半以上。這些壽命表現(xiàn)，通常是在常溫下測得，也就是25℃左右，而實際工作環(huán)境溫度顯然要高得多。

但問題在于，目前國內(nèi)的客戶與相關第三方機構很難對這些指標進行檢測，同時也缺乏相應的標準，購買相關產(chǎn)品只能依賴于口碑，這就對儲能系統(tǒng)的壽命有了巨大的挑戰(zhàn)。

IGBT成為儲能系統(tǒng)壽命持久的關鍵

即便如今的儲能電池循環(huán)壽命已經(jīng)可以超過1萬次，并且業(yè)內(nèi)相關技術也比較成熟穩(wěn)定，但問題在于整個儲能系統(tǒng)很難匹配儲能電池這么長的壽命期。一個關鍵點在于，儲能系統(tǒng)中的部件，如PCS很難實現(xiàn)長壽命，即便如今不少企業(yè)已經(jīng)將PCS的設計壽命定在25年，但其中一些關鍵的元器件，如IGBT，很難支持PCS長時間的運行。

作為PCS的關鍵核心部件，IGBT作為功率開關器件，在儲能系統(tǒng)的充放電過程中起到關鍵的控制作用，甚至可以說IGBT的性能決定了PCS的性能。

但在頻繁的充放電切換以及大電流、高電壓的工作條件下，IGBT存在著一定的損耗風險。比如IGBT在導通和關斷過程中會產(chǎn)生熱量，尤其是在高頻、大電流工作時，會導致溫升過高，長期過熱可能導致IGBT老化加速甚至失效。

此外，也有許多企業(yè)給出相關解決方案，來降低IGBT的損耗。通常來說，儲能PCS的損耗主要包括開關管的損耗和濾波電感上的損耗。IGBT作為開關管的一種，其損耗計算需要考慮通態(tài)損耗和開關損耗。通態(tài)損耗是指IGBT在導通狀態(tài)下的損耗，而開關損耗則發(fā)生在IGBT開通和關斷的過程中。在一個工頻周期內(nèi)，對損耗能量進行積分可以得到IGBT的總損耗。

由于IGBT在設計上考慮了降低損耗，因此在正常運行溫度范圍內(nèi)（25℃至125℃），其工作結溫相對穩(wěn)定，有助于維持較低的損耗水平。

比如不少主流廠商已經(jīng)開始推出液冷PCS產(chǎn)品，通過液冷的方式，能夠讓不同IGBT之間的溫差小于2度，極大提升了IGBT的壽命與可靠性。

當然，一款好的IGBT產(chǎn)品，也能在一定程度上提升儲能系統(tǒng)的壽命。從公司來看，國外研發(fā)IGBT器件的公司主要有英飛凌、三菱、富士等。中國功率半導體市場占世界市場的50%以上，但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市場上，仍然大多依賴進口。

不過隨著2014年，國內(nèi)8英寸IGBT專業(yè)芯片線投產(chǎn)后，也打破了國外在高端IGBT芯片技術上的壟斷。加上國內(nèi)政策推動及市場牽引下促進IGBT迅速發(fā)展，讓IGBT國產(chǎn)化的進程加快。

國內(nèi)代表企業(yè)如華潤微、士蘭微、揚杰科技、宏微科技、比亞迪半導體、新潔能、捷捷微電、斯達半導體、蘇州固锝、積塔半導體、芯未半導體等。國內(nèi)企業(yè)在國家政策的大力扶持下，加大研發(fā)投入，積極突破IGBT芯片設計、制造及封裝測試等關鍵技術，逐步實現(xiàn)從依賴進口到自主可控的轉(zhuǎn)變。

小結

IGBT作為一種高效能的半導體器件，在儲能系統(tǒng)中扮演著關鍵角色。它們負責電能的整流、逆變等作用，對于實現(xiàn)新能源發(fā)電的交流并網(wǎng)、儲能電池的充放電等功能至關重要。IGBT的性能和可靠性直接影響到新能源發(fā)電的效率以及逆變器的使用壽命。為了延長IGBT的使用壽命，部分企業(yè)開發(fā)了低損耗高頻IGBT產(chǎn)品，這些產(chǎn)品已經(jīng)通過了多家行業(yè)代表客戶的測試，有望深度受益儲能市場的發(fā)展及國產(chǎn)化替代加速。