在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，清洁无污染的可再生能源日益受到人们的青睐，以太阳能、风能为代表的电力技术近年来得到快速发展，一些国家也纷纷出台鼓励政策，大力促进新能源的应用。在巨大市场需求推动下，上游半导体供应商也积极从器件创新角度开发效率更高、成本更低的产品，力争为系统制造商提供更具竞争力的技术方案，以抓住这一潜在商机。
太阳能逆变器注重提高转换效率
作为地球所有能源供应的基础，取之不尽、用之不竭的太阳能可谓是大自然对人类的恩赐，太阳能发电更以其无污染、投资少而受到人们的关注。据中投顾问的一项调查，2008年全球太阳能安装总量已累计达15GW，日本政府计划太阳能发电量到2030年的发展目标是要达到2005年的40倍，并在3~5年后将太阳能电池系统的价格降至目前的一半左右，中国太阳能资源也很丰富，理论储量达每年17,000亿吨标准煤，太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。
太阳能发电系统包括太阳能电池板、蓄电池、控制器、逆变器等组成部分，其中逆变器的主要作用是将太阳能电池板所产生的直流电转换成交流电，以传送到普通民用电网中。“据分析师预测，传统的太阳能逆变器市场将在未来两到三年内获得长足发展，而新兴微型太阳能逆变器和转换器市场也将迎来强劲增长。”德州仪器公司(TI)终端产品业务发展经理Zheng Yu表示。据他介绍，针对太阳能逆变器市场，TI有着非常广阔的产品组合，包括TMS320C2000实时控制平台以及基于ARM Cortex-M3的Stellaris微处理器平台等，MSP430超低功耗微处理器系列非常适合太阳能采集应用的需求。
国家半导体公司则在去年6月推出面向太阳能发电应用的SolarMagic技术以及电源优化器，宣布正式进入太阳能光伏市场。通常情况下太阳能电池板由于受自身特性限制，如果受到遮挡，即使只有少量阳光阴影(如光伏系统只要有10%的板面被阴影覆盖)也可能使系统发电量下跌超过50%。因此用户有时不得不安装较小的电池板，以避开可能出现的阴影，导致成本上升、能效下降。而SolarMagic技术可以有效解决这一问题，使系统可安装在阳光不足或以往认为不适宜安装太阳能发电系统的屋顶上，电池板即使部分被阴影遮挡，太阳能发电系统也能补偿50%的电量损失。
另一家领先厂商飞思卡尔半导体公司针对太阳能发电的应用方案主要包括DC/DC和DC/AC部分的数字信号控制，以及HMI与通信部分的微控制器。“DC/DC与AC/DC要求数字信号控制提供高速PWM、ADC模组和较强的处理性能以进行控制和转换，HMI则可以是LED、LCD或者键盘。”该公司微控制器部高级市场经理黄耀君说道，“太阳能逆变器是一个新兴市场，虽然目前容量还不大，但我们预计会有较高的增长速度。”
技术的进步将不断降低太阳能逆变器的成本，并提高电源转换效率，用户都期待在未来几年太阳能可以实现较经济的单位成本，而IC厂商提供的解决方案对于太阳能转换的效率有着很大影响。集成高精度PWM和高速、高精度片上ADC的32位微处理器可支持高PWM转换频率，快速而准确地关合电压与电流环，执行高级控制算法，如非线性控制和更为复杂的最大功率追踪器(MPPT)算法，这些算法对太阳能逆变器的转换效率十分重要。“我们可以清楚看到技术的发展趋势，即将集成了闪存、控制外设和诸如CAN等符合业界标准的通信端口与32位微处理器相结合。同时，在微型逆变器和转换器领域，电源IC和数字控制器的集成技术将有很大发展。”Zheng Yu表示，“另外，对于能满足太阳能路灯照明等简单应用的低端MCU需求也在增长，只要还需关合电压与电流环，此类微处理器的作用就十分重要。因此，高速CPU、32位、高精度脉宽调制，以及高速、高精确度片上ADC都是至关重要的因素。”
“太阳能还将为栅极驱动、电流与温度感应器、运算放大器以及IGBT MOSFET等带来商机。”黄耀君补充道，“单位瓦特成本、转换效率以及电池寿命将是太阳能转换器面对的主要挑战。”
由于应用场合不同，系统厂商在开发传统太阳能逆变器时遇到的挑战与设计微型逆变器和转换器时遇到的不同。传统逆变器因为存在多个功率转换级和通信要求，设计者面临的主要挑战更多是控制这些功率转换级和实现所有的通信、系统监测功能所需要的控制器、微处理器和关联电路，解决方案关键指标包括CPU速度、片上闪存数量、PWM数量、ADC精度与速度以及可用的通信端口；而对于微型逆变器和转换器，重要的是既能达到高性能又能保持低成本，这也就是为什么高电压和高功率集成那么重要的原因。
据介绍，在太阳能解决方案领域TI已与多家中国IC公司合作，其中有些客户已在使用TI包括微处理器在内的芯片进行量产。为进一步开拓中国市场，TI将继续扩充MCU和模拟/电源类产品阵营，开发更多的应用评估板，并为中国市场提供更多的本地化销售和技术支持。
风力发电成本优势日渐突出
尽管太阳能发电方兴未艾，但太阳能系统的核心部件单晶硅由于资源有限，存在供应不足的潜在瓶颈，此时技术日趋成熟的风能发电成为可再生能源的另一最佳选择。风力发电安全可靠，可用率已达95%以上，发电成本接近煤电，低于油电与核电，若考虑煤电的环境保护与交通运输的间接投资，则风电经济性将优于煤电。另外风力发电场建设工期短，单台机组安装仅需几周，从土建、安装到投产，只需半年至一年时间，而且投资规模灵活，有多少钱装多少机。对沿海岛屿、交通不便的边远山区、地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆来说，可作为解决生产和生活能源的一种有效途径。
据上海雅创电子有限公司市场部经理华良介绍，风电市场的扩大、风电机组产量和单机容量的增加以及技术上的进步，使风电机组每千瓦的生产成本在过去近20年中稳定下降。以美国为例，风力发电的成本降低了80%，上世纪80年代安装第一批风力发电机时，每发一度电的成本为30美分，而现在只需4美分。独立运行的非并网风电系统由于需要蓄电池和逆变器等，同时容量系数较小，所以发电成本比并网型机组要高。
中国可开发风能资源总量约为10亿千瓦，2008年底风电装机实现1,200多万千瓦，预计到2010年风电装机将突破3,000万千瓦，预计到2020年风电装机将超过1.5亿千瓦，良好的发展前景也吸引了元器件厂商加大投资。“以我们代理的Nichicon螺栓脚大型电容为例，日本原厂已经决定在无锡的全资工厂增设专门针对风电的螺栓脚电容制造生产线，预计月产能18,000颗，这将大大加快国内的物流效率并降低运输成本，为配套服务提供保障。”华良说道，“未来两年随着技术的成熟和需求的扩大及国家对绿色能源的扶持，我们预测风电市场对高端元器件的需求还会成倍增长。”
上海雅创目前围绕现有的风电方案，针对风力发电设备的变频、变流提供功率器件配套服务，主要产品是风电变频用的高压、高容值、高纹波、长寿命大型螺栓脚电容器。大型铝电解电容器在变频器中的作用主要是滤波，看起来是非常简单的一个元器件，但在变频器中却起着关键性的作用，滤波电容器的失效将导致变频器停止运转而失效，所以滤波电容器的好坏对变频器的寿命起到非常重要的作用。
华良表示，风电项目的投资回收期较长，往往都在7年以上，很多项目回收期都超过10年，因此保证设备稳定运行至关重要，除了选择好的设备，运行维护也很重要。风电机组长期在恶劣环境中运行，必须进行很好的保养，才能保证设备长期稳定。此外，风电设备涉及的零部件众多，受系统制造商产品更新换代的影响，多数整机在若干年后都已停产，很多相关零部件都很难继续采购，所以风力设备对元器件的选型和要求相当苛刻。“风电市场的未来会被口碑好、品质高端的品牌占据，二线或更低端的品牌很难涉足。”华良说道。
