全球正掀起太陽能發(fā)電的新浪潮，而逆變器在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用，其性能的改進對于提高系統(tǒng)的效率、可靠性,降低成本至關重要。業(yè)內預測，傳統(tǒng)太陽能逆變器市場將在未來獲得長足的發(fā)展，而新興的微逆變器和轉換器市場也將迎來強勁的增長。半導體廠商在此尋求到了另一片“成長的天空”。 “隨著光伏系統(tǒng)中所使用的光伏電池板及其他組件的成本持續(xù)下降，太陽能光伏在成本方面的競爭力將越來越強，因此對逆變器等半導體器件的需求將大幅增加。”德州儀器半導體事業(yè)部C2000業(yè)務拓展經理陳思儒描述了逆變器半導體市場的水漲船高。
　　逆變器市場走高
　　由于功率的要求不一，大型光伏發(fā)電的發(fā)電功率較大，從幾百千瓦到幾個兆瓦，逆變器主要是三相逆變橋。而家用型太陽能發(fā)電市場的功率為幾百瓦到幾千瓦功率級別，一般則需要單相逆變器。此外，為了太陽能發(fā)電站的光伏陣列能夠持續(xù)輸出電力，并提供最優(yōu)化的轉換效率，每一塊光伏電池板配備獨立的逆變器系統(tǒng)即微逆變器的需求近年也在走高。
　　據(jù)IMSResearch公布的報告顯示，2010年逆變器的出貨量超過20GW，這是一個驚人的數(shù)字。而逆變器的后勁也在強力“釋放”。根據(jù)市場調研機構最新報告顯示，預計到2014年，全球太陽能逆變器的出貨量可望超過2330萬臺，與2010年的260萬臺出貨規(guī)模相較，可望擴大至9倍之多。此外，太陽能逆變器的銷售額到2014年將沖至近90億美元。不過，需要注意的是盡管太陽能應用需求不斷上升，但全球太陽能逆變器每瓦的平均價格已經下降了13.5%，逆變器供應商在持續(xù)不斷地提高產能的同時，要著重考慮逆變器的成本以及整體效率的問題。
　　而微逆變器市場形勢也十分樂觀。據(jù)IMS Research最新公布的一項報告顯示，該市場將在未來5年內贏利15億美元，同時，設備出貨量將以每年100%的速度增長，累計總量將達1600逾萬套。據(jù)該公司預測，民用市場將成為主力市場，民用及小型商業(yè)安裝設備將占到總出貨量的80%。
　　功率器件至關重要
　　除了質量和穩(wěn)定性在逆變器產業(yè)扮演著非常重要的角色之外，實現(xiàn)最小損耗和最高效率是逆變器供應商孜孜以求的終極目標，智能控制芯片和功率器件“擔當重任”。目前，逆變器智能控制芯片供應商包括TI、飛思卡爾、NSC、Microchip和英飛凌等，功率器件供應商包括英飛凌、ST、飛兆、IR、NS、東芝、Vishay和Mitsubishi等。
　　“IC廠商提供的解決方案對于太陽能轉換的效率有著很大影響。比如，集成有高精度脈寬調制(PWM)和高速、高精度片上ADC的32位微處理器可支持高脈寬調制轉換頻率，快速而準確地關合電壓與電流環(huán)，執(zhí)行高級控制算法,例如非線性控制和更為復雜的最大功率追蹤器(MPPT)算法，上述算法對太陽能逆變器的轉換效率十分重要。”陳思儒指出。
　　目前逆變器會根據(jù)不同功率采用IGBT、MOSFET和高速二極管作為功率變換的主要器件，市場要求這些器件具有更低的傳導損耗與開關損耗及高可靠性等優(yōu)點。隨著高能效的功率變換技術不斷引入，新一代的IGBT、超級結MOSFET和碳化硅二極管的使用，使得效率的標桿不斷被刷新。一般來說，在逆變器系統(tǒng)設計中，選擇IGBT器件的基本準則是提高轉換效率、降低系統(tǒng)散熱片的尺寸、提高相同電路板上的電流密度。從功率分立器件來看，隨著太陽能并網發(fā)電站規(guī)模的增大，采用1200V IGBT將是未來的發(fā)展趨勢。針對各種不同規(guī)格的逆變器的需求，IGBT模塊呈現(xiàn)集成度越來越高的發(fā)展趨勢。而微逆變器需要監(jiān)測電流、電壓、溫度等模擬參數(shù)，具有模擬和數(shù)字混合信號處理能力的MCU有望找到用武之地。
　　為實現(xiàn)更高效率這一目標，不僅要對單個器件進行優(yōu)化，而且還要對這些器件組合在一起發(fā)生作用的方式進行優(yōu)化，比如在設計中應努力減小功率電路的寄生電感，把IGBT驅動得穩(wěn)定一些、更快一些，這都直接影響著系統(tǒng)效率。
　　仍面臨多重挑戰(zhàn)
　　目前傳統(tǒng)逆變器效率可以達到97.2%左右，繼續(xù)提高的效率空間也極其有限，需要創(chuàng)新半導體技術來應對新的挑戰(zhàn)。而設計者在設計傳統(tǒng)太陽能逆變器時遇到的挑戰(zhàn)與設計微型逆變器和轉換器時遇到的不同。“對于傳統(tǒng)逆變器，因為多個功率轉換級和通信的要求，設計者面臨的主要挑戰(zhàn)更多是控制這些功率轉換級和實現(xiàn)所有的通信、系統(tǒng)監(jiān)測功能所需要的控制器、微處理器和關聯(lián)電路。解決方案中的關鍵指標包括CPU速度、片上閃存數(shù)量、PWM的數(shù)量、ADC精度與速度以及可用的通信端口。”陳思儒表示，“對于微型逆變器和轉換器，重要的是既能達到高性能又能保持低成本，這也就是為什么高電壓和高功率集成那么重要的原因。”
　　隨著實際應用的愈來愈普遍，太陽能逆變器也開始不斷面臨諸如并網性能、電磁兼容、保護功能等各類新的技術挑戰(zhàn)。“對逆變器并網性能的要求，就是要提高并網效率、減少并網電流諧波、確保輸出功率因數(shù)和消除直流分量；電磁兼容方面，則是要控制電壓波動和閃爍、減少電磁輻射并提高抗擾度。”飛思卡爾MCU部資深產品經理張明峰指出，“而對于逆變器的保護功能要求，即是指電網故障保護(防孤島檢測)、防反放電保護、極性反接保護和過載保護等。”針對這些問題，張明峰認為，基于現(xiàn)有的半導體芯片技術，可以采用高性能的MCU或DSC芯片來進行控制，使用軟件鎖相技術來同步電網與逆變器的輸出，快速和高精度的片內ADC實時檢測并網電壓和電流，并根據(jù)檢測結果智能地判斷切換條件。此外，切換開關裝置可以采用電子開關(晶閘管)或電磁接觸開關(繼電器或接觸器)來實現(xiàn)。
　　而微逆變器需解決逆變器拓撲，高頻軟開關、并網電流控制、MPPT技術等多個關鍵核心技術，智能控制芯片也不斷向更高集成度發(fā)展。陳思儒表示，技術的發(fā)展趨勢是將集成了閃存、控制外設和諸如CAN等符合業(yè)界標準的通信端口與32位MCU相結合。同時，在微逆變器和轉換器領域電源IC和數(shù)字控制器的集成技術將有很大發(fā)展。因此，32位高速CPU、高精度脈寬調制、高速高精確度片上ADC都是至關重要的因素。
　　
　　　　
　　來源：搜狐IT