全球正掀起太陽能發電的新浪潮，而逆變器在太陽能發電系統中具有舉足輕重的作用，其性能的改進對于提高系統的效率、可靠性,降低成本至關重要。業內預測，傳統太陽能逆變器市場將在未來獲得長足的發展，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”。 “隨著光伏系統中所使用的光伏電池板及其他組件的成本持續下降，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部C2000業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，大型光伏發電的發電功率較大，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，為了太陽能發電站的光伏陣列能夠持續輸出電力，并提供最優化的轉換效率，每一塊光伏電池板配備獨立的逆變器系統即微逆變器的需求近年也在走高。
　　據IMSResearch公布的報告顯示，2010年逆變器的出貨量超過20GW，這是一個驚人的數字。而逆變器的后勁也在強力“釋放”。根據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。據該公司預測，民用市場將成為主力市場，民用及小型商業安裝設備將占到總出貨量的80%。
　　功率器件至關重要
　　除了質量和穩定性在逆變器產業扮演著非常重要的角色之外，實現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，執行高級控制算法,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，在逆變器系統設計中，選擇IGBT器件的基本準則是提高轉換效率、降低系統散熱片的尺寸、提高相同電路板上的電流密度。從功率分立器件來看，隨著太陽能并網發電站規模的增大，采用1200V IGBT將是未來的發展趨勢。針對各種不同規格的逆變器的需求，IGBT模塊呈現集成度越來越高的發展趨勢。而微逆變器需要監測電流、電壓、溫度等模擬參數，具有模擬和數字混合信號處理能力的MCU有望找到用武之地。
　　為實現更高效率這一目標，不僅要對單個器件進行優化，而且還要對這些器件組合在一起發生作用的方式進行優化，比如在設計中應努力減小功率電路的寄生電感，把IGBT驅動得穩定一些、更快一些，這都直接影響著系統效率。
　　仍面臨多重挑戰
　　目前傳統逆變器效率可以達到97.2%左右，繼續提高的效率空間也極其有限，需要創新半導體技術來應對新的挑戰。而設計者在設計傳統太陽能逆變器時遇到的挑戰與設計微型逆變器和轉換器時遇到的不同。“對于傳統逆變器，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更多是控制這些功率轉換級和實現所有的通信、系統監測功能所需要的控制器、微處理器和關聯電路。解決方案中的關鍵指標包括CPU速度、片上閃存數量、PWM的數量、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。“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。
　　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展。陳思儒表示，技術的發展趨勢是將集成了閃存、控制外設和諸如CAN等符合業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和數字控制器的集成技術將有很大發展。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