储能系统的灵活性为大规模发电和输电系统的高效和可靠运行提供了一系列优势。储能系统提高了电网运行的效率，减少了在电网高峰时期的局部电量拥塞造成线路损耗。储能系统还可以减少为满足用电系统高峰需求而建造更多发电厂的需要。随着越来越多的太阳能光伏发电和风力发电的使用，能源存储与可再生能源的结合将有可能在未来十年改变我们生产、分配和使用能源的方式。这正大大推进太阳能光伏电站和风力发电机与储能系统(ESS)集成的需求和大规模发展。

电池储能系统市场预计将在2019年至2024年实现33%的复合年增长率。电池储能系统在住宅、非住宅和公用事业领域都有广阔的发展前景。这一市场的主要推动力是不断增长的并网解决方案的需求，和可再生能源行业对锂离子技术的高需求，以及锂电池价格的不断下降。

ESS的核心部件是双向DC/DC和DC/AC功率转换系统，它将所有的电网、光伏电池板、风力发电机、电动汽车和电池连接在一起，并实现它们之间的功率转换。

可再生能源集成电池储能一体机

对于大功率电池ESSs，为了减少铜损耗，母线电压通常设置在800V或更高；电压的选择是取决于系统的功率水平。SiC MOSFET具有优越的开关特性，目前在需要超过20kHz开关频率和800V运行电压的硬开关应用领域，还没有可以与之竞争的开关器件。 光伏升压转换器广泛采用碳化硅二极管和MOSFET来提高功率转换效率和增加开关频率。由于SiC MOSFET体二极管具有近零反向恢复的特性，SiC MOSFET是高效双向Buck-Boost(半桥)转换器和双向三相逆变/整流器的理想开关，这为系统集成铺平道路。安全可靠地将光伏板、电池和电力电子集成在一个紧凑的单一模块中，是为满足快速增长的地点分散的太阳能电站与电网的连接提供有效方法。这种集成不仅消除了对每个系统进行定制的需要，而且还将拓展其在电网直联系统和离网系统或便携式设备的应用范围。

离网储能系统的应用领域之一是带或不带太阳能光伏板的便携式电源。应用范围从几千瓦的露营房车到数百千瓦的灾难救援应急电源。蓄电池组和双向AC/DC变换器是便携式储能系统的两个关键部件。电池成本在系统BOM中占主导地位，而变流器的效率直接影响着ESSs的千瓦时的输出。新一代半导体开关SiC MOSFET取代IGBT，可将系统效率提高2%以上(达到99.3%以上)，这使得SiC MOSFET有很大的机会在这领域广泛应用。以下是一个电池便携式电力系统和一个60kW的碳化硅三相双向AC/DC (逆变器/PFC)变换器图。

便携式电池储能电源系统

60kW 基于SiC器件的三相双向AC/DC(逆变器/PFC)变换器图

这个60kW的三相双向AC/DC变换系统中的双向Buck/Boost级允许电池有更宽的电压摆动范围，而不影响交流输出电压和电池的充电。 这也使得系统可以输出208Vac和380Vac两个不同电平的交流电压。Buck/Boost变换器采用6相交错，每一相并联使用两个80 mohm 1200V SiC MOSFET和一个20A 1200V SiC二极管。逆变器PFC级采用T型三电平拓扑。其中快管的每个位置是由三个80 mohm 1200V SiC MOSFET并联组成，而慢管仍然使用IGBT与SiC二极管并联。所有的器件都是TO-247-4L封装。

SiC技术可以实现高压、高频和高效率的解决方案，这是所有储能系统的关键要求。随着电池价格和SiC材料成本的进一步下降，基于SiC器件的储能系统将在优化配电、稳定电网、平滑电力需求、更好地利用可再生能源等方面发挥更大作用。

[1]  "Battery Energy Storage System Market Report: Trends, Forecast and Competitive Analysis" , Research And Markets, Aug. 5, 2020