1引言

電力電子技術(shù)最初主要應(yīng)用于電氣工程和電力系統(tǒng)中，對市電或強(qiáng)電進(jìn)行控制與變換。其主要作用是根據(jù)負(fù)荷或者負(fù)載的特殊要求，對市電、強(qiáng)電進(jìn)行各種形式的變化，從而使電力系統(tǒng)處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)，這樣可以使電氣設(shè)備和電力系統(tǒng)更高效、更安全、更經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。然而，電力電子技術(shù)發(fā)展到今天，已經(jīng)不僅僅只是涉及到“電力”的變換與應(yīng)用，同時(shí)也涉及到化學(xué)能(電池)、太陽能以及風(fēng)能的變換與應(yīng)用。近年來許多國家與政府越來越多的關(guān)注新能源的發(fā)展，這更加促進(jìn)了電力電子技術(shù)發(fā)展的勢頭，使其在科學(xué)研究與經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到了越來越重要的作用。目前，當(dāng)人們談到新能源的時(shí)候最先被人們想到的就是太陽能。太陽能由于其照射覆蓋面積廣、持續(xù)性等特點(diǎn)，較之水能、潮汐能等更被人們所熟悉。每當(dāng)說到太陽能，人們就會想到太陽能發(fā)電、太陽能建筑等。電力電子技術(shù)的發(fā)展是使太陽能發(fā)電、太陽能建筑變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的至關(guān)重要的技術(shù)。

2太陽能建筑中的電力電子

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，直流轉(zhuǎn)換交流的逆變裝置體積越來越小，價(jià)錢越來越便宜，使得光伏系統(tǒng)走進(jìn)了千千萬萬家庭。光伏系統(tǒng)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，如果所產(chǎn)生的電能在能滿足自身房屋用電的情況下還存在多余的電能，就能通過并網(wǎng)將多余的電能又回饋給電網(wǎng)，這恰好也符合可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)理念。在一個太陽能建筑物中，房頂上的太陽能裝置到底怎么樣才能夠算是優(yōu)秀呢?最關(guān)鍵的問題取決于你的光電池可以轉(zhuǎn)換輸出多少能量。如何提高光伏系統(tǒng)的效率、逆變器的效率，如何產(chǎn)出更多的電能，成為國內(nèi)外很多科研機(jī)構(gòu)、學(xué)術(shù)人員、相關(guān)產(chǎn)業(yè)爭相研究的內(nèi)容。更優(yōu)秀的控制算法，更有效率的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，損耗更小的電力電子器件等，是現(xiàn)如今能提高效率的最有效手段。

3太陽能十項(xiàng)全能競賽

太陽能十項(xiàng)全能競賽(SolarDecathlon)是由美國能源部(DOE)2002年發(fā)起并主辦的以全球高校為參賽單位的太陽能建筑科技競賽。該競賽要求每所參賽大學(xué)設(shè)計(jì)并實(shí)際建造一棟建筑面積不超過74m2的太陽能住宅，每屆競賽從入選到最后的現(xiàn)場競賽階段為期兩年，競賽的最后一個環(huán)節(jié)是將參賽的住宅運(yùn)到比賽現(xiàn)場，用大約十天左右的時(shí)間將太陽能住宅組裝建造完成，之后的十天參賽并向公眾展示。期間，太陽能作為唯一能量來源提供住宅的所有運(yùn)行和生活能量。

在太陽能十項(xiàng)全能競賽中，要求的指標(biāo)是指建筑、太陽能、舒適、社會及經(jīng)濟(jì)、策略五大項(xiàng)中的十個單項(xiàng)指標(biāo)，即：建筑、工程與建造、太陽能系統(tǒng)、能量平衡、舒適條件、家用電器與設(shè)施、交流與公眾意識、工業(yè)化與市場化、創(chuàng)新性、可持續(xù)性。在這項(xiàng)比賽中，很多先進(jìn)的技術(shù)被融入到設(shè)計(jì)中，所以此項(xiàng)比賽在國際范圍內(nèi)受到非常高的重視。

Teragreng公司負(fù)責(zé)運(yùn)營的副總裁湯姆•古德漢姆就對此比賽非常欣賞，“利用這些新產(chǎn)品真正建造一棟房子的好處在于，它能讓人明白這東西不僅僅是一個概念設(shè)計(jì)，而是一種已經(jīng)準(zhǔn)備好投入實(shí)際應(yīng)用的材料，它能夠被整合到現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中去。”在太陽能十項(xiàng)全能競賽中，光伏系統(tǒng)的效率是一個很重要的環(huán)節(jié)。從圖1所示參賽隊(duì)伍光伏系統(tǒng)所能產(chǎn)生的直流電能比率中我們可以看出不同的住房差異性還是很大。雖然很多技術(shù)與控制算法已經(jīng)比較成熟，但是實(shí)際產(chǎn)生的差異相當(dāng)?shù)拇蟆Ｎ覀兛梢钥吹阶詈玫膮①愱?duì)伍能夠產(chǎn)生近17kW電能，這個幾乎超過了一棟普通房子日常需求的兩倍，也就是說，一棟普通的民宅可以變成一個小發(fā)電站，而最差的隊(duì)伍不僅將所生產(chǎn)的電能全部消耗掉而且還額外從電網(wǎng)中獲取了大量的電能。

4電力電子技術(shù)在并網(wǎng)與不間斷電源中的發(fā)展

并網(wǎng)技術(shù)就是把光伏方陣在陽光下發(fā)生的直流電轉(zhuǎn)換為符合入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的交流電與電網(wǎng)連接，當(dāng)新能源建筑自身產(chǎn)生的能量大于自身消耗的能量時(shí)，可以把多余的電量回饋給電網(wǎng)，這樣既能形成零能耗又能產(chǎn)能，真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能型建筑。

UPS(即不間斷電源)是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。當(dāng)市電輸入正常時(shí)，UPS將市電穩(wěn)壓后供應(yīng)給負(fù)載使用。這個時(shí)候的UPS就是一臺交流市電穩(wěn)壓器，同時(shí)它還可以向機(jī)內(nèi)電池充電;而當(dāng)市電中斷(事故停電)時(shí)，UPS立即將機(jī)內(nèi)電池的電能。通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)載維持正常工作并保護(hù)負(fù)載軟、硬件不受損壞。一天當(dāng)中能被太陽照射到的時(shí)候平均只有十多小時(shí)，白天日照強(qiáng)除了能將多余的電能回饋電網(wǎng)以外還可以給不間斷電源充電，而當(dāng)黑夜降臨的時(shí)候不間斷電源在給住房供電。電力電子技術(shù)使得這種方案變成可能。在太陽能十項(xiàng)全能比賽中可以看到很多高校都是采用這種控制策略，并且取得了很好的效果。

5電力電子在家用電器中的發(fā)展

當(dāng)人們在享受現(xiàn)代化工業(yè)制成品的同時(shí)，也在享受著電力電子技術(shù)帶來的恩惠。家用電器是住房中必不可少的構(gòu)成。家用電器中應(yīng)用到電力電子技術(shù)的典型例子有變頻空調(diào)，通常能夠節(jié)省30%的電能，還有高頻熒光燈，其效率比白熾燈效率高2~3倍。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電視機(jī)、音響設(shè)備、家用計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的電源部分，甚至有些洗衣機(jī)、電冰箱、微波爐等電器也開始應(yīng)用電力電子技術(shù)了。并且，電力電子技術(shù)會使家用電器越來越向自動化、智能化發(fā)展，使人們有更多的時(shí)間享受生活。在2010年的太陽能十項(xiàng)全能比賽中，多所國外高校的作品的設(shè)計(jì)都十分現(xiàn)代化，尤其是美國佛羅里達(dá)大學(xué)所設(shè)計(jì)的住房自動化智能化水平非常高。反觀我國參賽高校在這方面，暴露出了明顯的差距。

6電力電子器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

目前，我國在全控型電力電子器件的設(shè)計(jì)與制造方面跟國外一些先進(jìn)技術(shù)還存在較大的差距。國內(nèi)晶閘管技術(shù)還不錯，但是到了制作MOSFET跟IGBT等器件就做不好了，相當(dāng)一部分的電力電子裝置都依賴于進(jìn)口，至少是進(jìn)口芯片以后再在國內(nèi)封裝。太陽能十項(xiàng)全能比賽僅在2010年才開始有我國高校參加，雖然作為第一次參賽取得的成績還不算太差，但是與國外高校參賽作品還存在較大差距，其原因之一就是國內(nèi)很多工藝不及國外。國外高校采用的電力電子器件損耗小，從而能夠使太陽能轉(zhuǎn)換效率更高，而國內(nèi)參賽隊(duì)伍要購買進(jìn)口器件成本大，購買周期長，還存在著不一定買得到的可能，這些往往都限制了參賽作品的發(fā)揮。如今工信部十分重視解決電力電子器件的產(chǎn)業(yè)問題，很多在國外從事相關(guān)制造業(yè)的人才相繼回國創(chuàng)業(yè)。相信通過市場運(yùn)作，能夠讓電力電子企業(yè)和微電子企業(yè)攜手創(chuàng)立新型的電力電子器件的生產(chǎn)企業(yè)，從而解決“生產(chǎn)”這一電力電子產(chǎn)業(yè)鏈的瓶頸。

7結(jié)論

電力電子技術(shù)是當(dāng)今高新技術(shù)系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵支撐技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域幾乎涉及到國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個工業(yè)部門。并且，電力電子的應(yīng)用領(lǐng)域也是學(xué)科交叉最為廣闊、是當(dāng)前國際競爭最為激烈的領(lǐng)域。電力電子技術(shù)雖然在世界范圍內(nèi)已經(jīng)有超過半個多世紀(jì)的發(fā)展歷史，但是在電氣工程這個領(lǐng)域中，它仍然可以認(rèn)為是一門新興的學(xué)科，發(fā)展十分迅速，尤其是在我國應(yīng)該說電力電子技術(shù)的發(fā)展方興未艾。相信在未來的數(shù)年內(nèi)，電力電子技術(shù)在新能源，尤其是在新能源建筑這個領(lǐng)域中，會起到越來越重要的作用。