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(jìn)對(duì)于提高系統(tǒng)的效率、可靠性,降低成本至關(guān)重要。業(yè)內(nèi)預(yù)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(zhuǎn)換器市場也將迎來強(qiáng)勁的增長。半導(dǎo)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(qiáng)，因此對(duì)逆變器等半導(dǎo)體器件的需求將大幅增加。”德州儀器半導(dǎo)體事業(yè)部C2000業(yè)務(wù)拓展陳思儒描述了逆變器半導(dǎo)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(gè)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(jí)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*化的轉(zhuǎn)換效率，每一塊光伏電池板配備獨(dú)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(bào)告顯示，2010年逆變器的出貨量超過20GW，這是一個(gè)驚人的數(shù)字。而逆變器的后勁也在強(qiáng)力“釋放”。根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)到2014年，太陽能逆變器的出貨量可望超過2330萬臺(tái)，與2010年的260萬臺(tái)出貨規(guī)模相較，可望擴(kuò)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(yīng)用需求不斷上升，但太陽能逆變器每瓦的平均價(jià)格已經(jīng)下降了13.5%，逆變器供應(yīng)商在持續(xù)不斷地提高產(chǎn)能的同時(shí)，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公布的一項(xiàng)報(bào)告顯示，該市場將在未來5年內(nèi)贏利15億美元，同時(shí)，設(shè)備出貨量將以每年*的速度增長，累計(jì)總量將達(dá)1600逾萬套。據(jù)該公司預(yù)測，民用市場將成為主力市場，民用及小型商業(yè)安裝設(shè)備將占到總出貨量的80%。

　　功率器件至關(guān)重要

　　除了質(zhì)量和穩(wěn)定性在逆變器產(chǎn)業(yè)扮演著非常重要的角色之外，實(shí)現(xiàn)zui小損耗和zui率是逆變器供應(yīng)商孜孜以求的*目標(biāo)，智能控制芯片和功率器件“擔(dān)當(dāng)重任”。目前，逆變器智能控制芯片供應(yīng)商包括TI、飛思卡爾、NSC、Microchip和英飛凌等，功率器件供應(yīng)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(duì)于太陽能轉(zhuǎn)換的效率有著很大影響。比如，集成有高精度脈寬調(diào)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(diào)制轉(zhuǎn)換頻率，快速而準(zhǔn)確地關(guān)合電壓與電流環(huán)，執(zhí)行控制算法,例如非線性控制和更為復(fù)雜的zui大功率追蹤器（MPPT）算法，上述算法對(duì)太陽能逆變器的轉(zhuǎn)換效率十分重要。”陳思儒指出。

　　目前逆變器會(huì)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(dǎo)損耗與開關(guān)損耗及高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。隨著高能效的功率變換技術(shù)不斷引入，新一代的IGBT、超級(jí)結(jié)MOSFET和碳化硅二極管的使用，使得效率的*不斷被刷新。一般來說，在逆變器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選擇IGBT器件的基本準(zhǔn)則是提高轉(zhuǎn)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(wǎng)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(duì)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(hào)處理能力的MCU有望找到用武之地。

　　為實(shí)現(xiàn)更率這一目標(biāo)，不僅要對(duì)單個(gè)器件進(jìn)行優(yōu)化，而且還要對(duì)這些器件組合在一起發(fā)生作用的方式進(jìn)行優(yōu)化，比如在設(shè)計(jì)中應(yīng)努力減小功率電路的寄生電感，把IGBT驅(qū)動(dòng)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(dá)到97.2%左右，繼續(xù)提高的效率空間也極其有限，需要?jiǎng)?chuàng)新半導(dǎo)體技術(shù)來應(yīng)對(duì)新的挑戰(zhàn)。而設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)傳統(tǒng)太陽能逆變器時(shí)遇到的挑戰(zhàn)與設(shè)計(jì)微型逆變器和轉(zhuǎn)換器時(shí)遇到的不同。“對(duì)于傳統(tǒng)逆變器，因?yàn)槎鄠€(gè)功率轉(zhuǎn)換級(jí)和通信的要求，設(shè)計(jì)者面臨的主要挑戰(zhàn)更多是控制這些功率轉(zhuǎn)換級(jí)和實(shí)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(guān)聯(lián)電路。解決方案中的關(guān)鍵指標(biāo)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(duì)于微型逆變器和轉(zhuǎn)換器，重要的是既能達(dá)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(shí)際應(yīng)用的愈來愈普遍，太陽能逆變器也開始不斷面臨諸如并網(wǎng)性能、電磁兼容、保護(hù)功能等各類新的技術(shù)挑戰(zhàn)。“對(duì)逆變器并網(wǎng)性能的要求，就是要提高并網(wǎng)效率、減少并網(wǎng)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(dòng)和閃爍、減少電磁輻射并提高抗擾度。”飛思卡爾MCU部*產(chǎn)品張明峰指出，“而對(duì)于逆變器的保護(hù)功能要求，即是指電網(wǎng)故障保護(hù)（防孤島檢測）、防反放電保護(hù)、極性反接保護(hù)和過載保護(hù)等。”針對(duì)這些問題，張明峰認(rèn)為，基于現(xiàn)有的半導(dǎo)體芯片技術(shù)，可以采用高性能的MCU或DSC芯片來進(jìn)行控制，使用軟件鎖相技術(shù)來同步電網(wǎng)與逆變器的輸出，快速和高精度的片內(nèi)ADC實(shí)時(shí)檢測并網(wǎng)電壓和電流，并根據(jù)檢測結(jié)果智能地判斷切換條件。此外，切換開關(guān)裝置可以采用電子開關(guān)（晶閘管）或電磁接觸開關(guān)（繼電器或接觸器）來實(shí)現(xiàn)。

　　而微逆變器需解決逆變器拓?fù)?，高頻軟開關(guān)、并網(wǎng)電流控制、MPPT技術(shù)等多個(gè)關(guān)鍵核心技術(shù)，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(shù)的發(fā)展趨勢是將集成了閃存、控制外設(shè)和諸如CAN等符合業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的通信端口與32位MCU相結(jié)合。同時(shí)，在微逆變器和轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域電源IC和數(shù)字控制器的集成技術(shù)將有很大發(fā)展。因此，32位高速CPU、高精度脈寬調(diào)制、高速高度片上ADC都是至關(guān)重要的因素。

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