光伏逆变器是太阳能光伏系统的心脏。光伏逆变器将太阳电池发出的直流电转化为符合电网电能质量要求的交流电，并配合一般交流供电的设备使用。光伏逆变器的性能可以影响整个光伏系统的平稳性、发电效率和使用年限。
IGBT是光伏逆变器的核心器件。光伏装机容量的迅速提升驱动逆变器行业成长，同时为IGBT的高速发展提供动力。
光伏发电原理：
资料来源：方正证券研究所整理
市场空间：光伏逆变器用IGBT市场测算
光伏IGBT市场空间测算
资料来源：华经产业研究院，方正证券研究所测算，1GW=109W
行业趋势：IGBT单管与模块并存
逆变电路：IGBT VSMOSFET
采用功率场效应管MOSFET构成的推挽式逆变电路比较简单，变压器的中性抽头接于电源正极，MOSFET的一端接于电源负极，交替工作最后输出交流电力，但是带感性负载的能力差，而且变压器的效率也较低，因此应用起来有一些条件限制。
采用绝缘栅双极晶体管IGBT构成的全桥逆变电路，其中Q1和Q2之间的相位相差180°，输出交流电压的值随Q1和Q2的输出变化而变化。Q3和Q4同时导通构成续流回路，能够承载的电压更大，变压器的效率也更高，因此采用IGBT构成的逆变电路的应用较为广泛。
MOSFET构成的逆变电路：
IGBT构成的逆变电路：
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光伏IGBT芯片的可靠性要求高
光伏IGBT芯片的国产化难度高。工控外接负载电机，会有过载的情况发生，电流过载使得温度升高，最终导致模块失效，所以厂家在应用IGBT模块时留很大的余量，比如模块的额定电流为100A，降等用40-50A。而光伏是将直流电逆变到交流电，再上传到电网，它没有过载，所以光伏逆变器的企业基本上把IGBT模块用到极致，所以光伏企业对IGBT芯片的可靠性要求高于工控领域。
工控电机过载线路图：
资料来源：电气工控自动化，方正证券研究所整理
光伏逆变器分类
资料来源：英飞凌官网，方正证券研究所整理
主流集中式逆变器解决方案
资料来源：英飞凌公司官网，方正证券研究所整理
集中式逆变器拓扑结构
集中式光伏逆变器只有DC到AC的拓扑结构，功率大多是125千瓦起步。
- 一只500千瓦的集中式光伏逆变器里面使用4只125千瓦的逆变器进行系统并联，一只125千瓦里通常使用三个半桥的1200V 600A的IGBT模块。
500千瓦集中式光伏逆变器工作原理：
资料来源：方正证券研究所
集中式逆变器拓扑结构
半桥模块也称为2 in 1模块，可以直接构成半桥电路。半桥模块的电流/电压规格指的均是其中的每一个模块单元，如1200V 600A的半桥模块，表示其中的2个IGBT管芯的电流/电压规格都是1200V 600A，即C1和C2之间可以耐受最高2400V的瞬间直流电压。
一个半桥的1200V 600A的IGBT模块内部使用两组IGBT芯片，每一组里面使用四颗150A芯片进行并联，模块内共计使用八颗150A IGBT芯片。
1200V/600A半桥IGBT模块电路图示：
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组串式逆变器拓扑结构
组串式光伏逆变器在单个光伏(PV)电池板上转换电源，单个光伏电池板的额定功率通常为400W。组串式光伏逆变器通常基于两级式电源转换。首先，DC-DC升压电路将可变直流电压转换为固定直流电压（通常为40V-60 V），同时，通过最大功率点跟踪技术（MPPT）从光伏板获取能量（通常FSW=100 KHz）。接着在直流转交流阶段，逆变器将直流电源转换成与电网兼容的1Φ的交流电源。
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单相串联逆变器解决方案
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三相串联逆变器解决方案
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组串式逆变器拓扑结构
相比集中式逆变器，组串式逆变器的结构更为复杂，使用的IGBT数量更多。组串式逆变器进行并联要控制谐振，否则可能造成大面积脱网现象。
- 在DC-DC升压阶段可以使用模块，也可以并联多个单管，单管的数量根据器件的电流计算。假设电流为300A，可以使用4个75A的IGBT单器件或者6个50A的IGBT单器件进行并联，后续DC-AC阶段与集中式逆变器相同，大功率的采用三电平IGBT模块。
资料来源：安世半导体官网，方正证券研究所整理
NPC三电平IGBT拓扑结构
NPC拓扑最常用的有两种结构，“I”字型（也称NPC1）和“T”字型（也称NPC2、MNPC、TNPC、NPP等），由4个IGBT和两个钳位二极管组成。
ANPC结构是基于“I”字型NPC结构发展出来的一种改进型。NPC拓扑的损耗分布不均匀，会导致温升不均衡，进而限制模块的功率输出能力。而ANPC结构多了两个开关管以及相应的两个中性点换流回路，可以更加灵活任意的配置开关管可以使损耗没有那么的不均衡，一定程度上可以提高模块的输出功率。
三电平拓扑结构：
IGBT模块需求量有望持续提升
逆变器的功率密度显著提升。2020年集中式逆变器功率密度为1.16kW/kg，集中式电站用组串式逆变器功率密度为2.14kW/kg，单相户用光伏逆变器功率密度为0.57kW/kg，三相户用逆变器功率密度为1.00kW/kg。
集中式逆变器功率大于组串式逆变器。2020年，集中式逆变器单机功率为3125kW/台，集中式电站用组串式逆变器单机功率为225kW/台。户用光伏逆变器单机功率，在220V电压下为8kW/台，在380V电压下约15-20kW/台。
逆变器功率密度及额定功率的提升，对IGBT模块的需求量将提升。
集中式电站用逆变器功率密度变化：
集中式电站用逆变器单机主流额定功率：
来源：上海本诺
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