万次循环已成储能标配，IGBT成寿命关键

电子发烧友网报道（文/黄山明）储能产品发展到今天，其技术变化日新月异，而寿命循环次数已经成为不少厂商竞争的焦点。市场中超过万次循环的产品已成为标配，许多企业还承诺储能产品寿命能够达到20年甚至25年。
 
根据国家标准，光伏电站的设计使用寿命为25年，这也意味着只要储能产品寿命能够达标，就能让光伏电站发挥出最大的经济效益。但市场中许多储能产品，其使用寿命与宣传严重不符，并且很难进行验证。其主要原因，是IGBT的性能。
 
万次循环已经成为储能电池的标配
 
在当前竞争激烈的市场环境下，让不少储能企业将目光聚焦在追求更高的循环次数上。信息显示，从2019年至2024年期间，储能电池的研发和商业化进程中，实现万次以上循环寿命已成为行业的重要目标和技术突破点。
 
多家企业如宁德时代、国轩高科、欣旺达、天合储能等已经或正在研发并实现量产能够达到1万次以上甚至更高循环次数的储能电芯，这些产品在工商业储能、新能源应用以及家庭储能系统中具有更长的循环寿命、更低的运营成本和更高的经济效益等显著优势。
 
同时，除了锂电池技术外，镍氢电池等其他类型的储能技术也在不断进步，例如EnerVenue公司的镍氢电池可提供超过3万次的循环寿命，适应于不同的储能应用场景需求。
 
如果按照每天1.5次充放电来计算，1万次的循环约为18年的寿命，如果循环次数达到1.5万次，那么寿命超过25年。
 
国内目前储能电池主要以磷酸铁锂为主，而磷酸铁锂电池寿命衰减的主要原因在于阳极副反应导致的活性锂消耗。所以补充活性锂就能有效地解决这一问题，而目前主要方法为负极补锂和正极补锂两大类。这也能有效的帮助储能电池寿命达到20年以上，做到光储同寿。
 
当然储能电池的长寿命，也需要有足够的售后来进行保证。有业内人士预计，五年后储能产品成本还将再降低50%，因此企业可以在保证足够利润的情况下，能够为业主提供20年以上的售后。
 
此外，电池的温度也成为也成为影响储能寿命的关键，有机构研究显示，每当电池内部温度提升15度时，系统的寿命会减少一半以上。这些寿命表现，通常是在常温下测得，也就是25℃左右，而实际工作环境温度显然要高得多。
 
但问题在于，目前国内的客户与相关第三方机构很难对这些指标进行检测，同时也缺乏相应的标准，购买相关产品只能依赖于口碑，这就对储能系统的寿命有了巨大的挑战。
 
IGBT成为储能系统寿命持久的关键
 
即便如今的储能电池循环寿命已经可以超过1万次，并且业内相关技术也比较成熟稳定，但问题在于整个储能系统很难匹配储能电池这么长的寿命期。一个关键点在于，储能系统中的部件，如PCS很难实现长寿命，即便如今不少企业已经将PCS的设计寿命定在25年，但其中一些关键的元器件，如IGBT，很难支持PCS长时间的运行。
 
作为PCS的关键核心部件，IGBT作为功率开关器件，在储能系统的充放电过程中起到关键的控制作用，甚至可以说IGBT的性能决定了PCS的性能。
 
但在频繁的充放电切换以及大电流、高电压的工作条件下，IGBT存在着一定的损耗风险。比如IGBT在导通和关断过程中会产生热量，尤其是在高频、大电流工作时，会导致温升过高，长期过热可能导致IGBT老化加速甚至失效。
 
此外，也有许多企业给出相关解决方案，来降低IGBT的损耗。通常来说，储能PCS的损耗主要包括开关管的损耗和滤波电感上的损耗。IGBT作为开关管的一种，其损耗计算需要考虑通态损耗和开关损耗。通态损耗是指IGBT在导通状态下的损耗，而开关损耗则发生在IGBT开通和关断的过程中。在一个工频周期内，对损耗能量进行积分可以得到IGBT的总损耗。
 
由于IGBT在设计上考虑了降低损耗，因此在正常运行温度范围内（25℃至125℃），其工作结温相对稳定，有助于维持较低的损耗水平。
 
比如不少主流厂商已经开始推出液冷PCS产品，通过液冷的方式，能够让不同IGBT之间的温差小于2度，极大提升了IGBT的寿命与可靠性。
 
当然，一款好的IGBT产品，也能在一定程度上提升储能系统的寿命。从公司来看，国外研发IGBT器件的公司主要有英飞凌、三菱、富士等。中国功率半导体市场占世界市场的50%以上，但在中高端MOSFET及IGBT主流器件市场上，仍然大多依赖进口。
 
不过随着2014年，国内8英寸IGBT专业芯片线投产后，也打破了国外在高端IGBT芯片技术上的垄断。加上国内政策推动及市场牵引下促进IGBT迅速发展，让IGBT国产化的进程加快。
 
国内代表企业如华润微、士兰微、扬杰科技、宏微科技、比亚迪半导体、新洁能、捷捷微电、斯达半导体、苏州固锝、积塔半导体、芯未半导体等。国内企业在国家政策的大力扶持下，加大研发投入，积极突破IGBT芯片设计、制造及封装测试等关键技术，逐步实现从依赖进口到自主可控的转变。
 
小结
 
IGBT作为一种高效能的半导体器件，在储能系统中扮演着关键角色。它们负责电能的整流、逆变等作用，对于实现新能源发电的交流并网、储能电池的充放电等功能至关重要。IGBT的性能和可靠性直接影响到新能源发电的效率以及逆变器的使用寿命。为了延长IGBT的使用寿命，部分企业开发了低损耗高频IGBT产品，这些产品已经通过了多家行业代表客户的测试，有望深度受益储能市场的发展及国产化替代加速。