标签: 光伏逆变器

光伏逆变器是一种高效的能量转换设备，它能够将光伏太阳能板（PV）产生的不稳定的直流电压转换成与市电频率同步的交流电。这种转换后的电能不仅可以回馈至商用输电网络，还能供独立电网系统使用。光伏逆变器在商业光伏储能电站和家庭独立储能系统等应用领域中得到了广泛的应用。 光耦合器，以其高速信号传输、出色的共模抑制比以及单向信号传输和光电隔离的特性，在光伏逆变器中扮演着至关重要的角色。它确保了系统的安全隔离、干扰的有效隔离以及通信信号的精准传输。 光耦合器的使用不仅提高了系统的稳定性和安全性，而且由于其低功耗的特性，也对整个光伏逆变器的能效比产生了积极影响。在设计上，光耦合器通常与微控制器配合使用，实现精确的控制和监测功能，确保逆变器在各种工作条件下都能高效、稳定地运行。此外，光耦合器的寿命长，维护成本低，这使得它成为光伏逆变器中不可或缺的组件之一。随着光伏技术的不断进步，光耦合器技术也在不断优化，以满足更高标准的工业需求。 推荐选型表

在全球清洁能源的浪潮中，光伏产业正以前所未有的速度蓬勃发展。作为光伏发电系统的核心设备，光伏逆变器扮演着将直流电转化为交流电的关键角色，其性能直接关系到整个系统的效率和安全性。而在这一复杂而精细的转换过程中，光电耦合器（光耦）以其独特的优势，成为了光伏逆变器中不可或缺的“智慧守护者”。 光耦：光伏逆变器中的明星元件 与传统的电气隔离器件相比，光耦具有体积小、响应速度快、传输效率高等显著优势。此外，光耦还具有良好的绝缘性能，能够承受高达数千伏的电压，有效保护低压控制电路免受高压的侵害。在实际应用中，光耦无需复杂的电路设计，便能轻松实现信号隔离与安全传输，这也是光伏逆变器深受市场欢迎的原因之一。 信号隔离与抗干扰的能手 在光伏发电系统中，逆变器常常需要在高电压、高电流的环境下运行，这无疑增加了系统受到电磁干扰的风险。然而，光耦凭借其独特的光信号传输机制，有效地隔离了高压侧和控制侧，避免了强电流对控制信号的干扰，从而显著增强了系统的抗干扰能力。这种信号隔离技术，不仅确保了逆变器在恶劣环境下的稳定运行，更为整个光伏发电系统的可靠性提供了有力保障。 故障保护与监控的先锋 光伏逆变器在长期运行过程中，难免会遇到过流、过压等异常情况。这时，光耦便成为了故障保护与监控的先锋。它能够迅速检测到这些异常信号，并将其传递给控制电路，触发相应的保护机制，如关闭功率模块，以防止设备进一步损坏。这种故障隔离与保护功能，不仅大大提高了系统的安全性，更为光伏电站的长期稳定运行奠定了坚实基础。 高效节能的典范 在追求高效与节能的今天，光耦以其极低的功耗满足了光伏发电系统对能效的高要求。在光伏器的驱动控制、脉宽调制（PWM）信号传输等关键控制点，光耦提供了高效、低功率消耗的信号传输解决方案，从而提升了整体系统的转换效率。这种高效节能的特性，使得光耦在光伏发电系统中得到了广泛应用。 控制与通信的桥梁 光伏逆变器通常需要进行实时监控与远程通信，以确保系统的稳定运行和数据的准确传递。光耦凭借其出色的信号隔离和无干扰传输能力，成为了连接光伏逆变器与外部监控系统的桥梁。特别是在高压环境下，光耦能够保持信号传输的稳定性，确保数据的准确传递，为光伏电站的智能化管理提供了有力支持。

　　【哔哥哔特导读】双碳计划推动下，光伏市场越来越发达，光伏逆变器市场也逐渐扩大。功率器件在光伏逆变器领域国产替代率不足15%，目前，国内光伏逆变器功率器件还存在哪些技术挑战? 　　前言： 　　在双碳计划的出台推动下，我国光伏市场发展也越来越发达，上游零部件无论是光伏逆变器还是功率器件都获得了比较好的收益。截止2021年底，光伏发电并网装机容量达到3.06亿千瓦，光伏发电并网装机容量突破3亿千瓦大关，连续7年稳居全球首位，行业得到快速发展，光伏产业已正式进入平价上网时代。本文将针对光伏逆变器领域市场，分析光伏逆变器功率器件实现国产替代需克服的技术挑战以及发展前景进行分析探讨。 　　 　　(图源深圳古瑞瓦特新能源有限公司官网) 　　光伏 　　一、光伏逆变器市场规模及细分市场占比 　　根据中国光伏行业协会预测，2023年中国光伏新增装机量将达到81.6GW，2025年全球新增光伏规模将达到270—330GW,较2021年170GW的新增装机量继续保持稳增长。光伏市场的繁荣带动了光伏逆变器的市场。2019年以来，中国光伏逆变器市场规模保持增长走势，2021年市场规模为86亿元，同比增长12.36%。光伏逆变器可根据工作原理分为集中式光伏逆变器、组串式光伏逆变器以及微型光伏逆变器逆变器。据公开数据显示，2021年光伏逆变器市场中，组串式光伏逆变器占了69.6%，集中式光伏逆变器占比为27.7%，集散式光伏逆变器和微型光伏逆变器约占2,7%。 　　二、光伏逆变器功率器件实现国产替代需克服的技术挑战 　　IGBT是光伏逆变器的核心器件。光伏逆变器原材料由机构件(27.6%)、电感(14.2%)、半导体器件等构成，半导体器件和集成电路材料主要为IGBT元器件、IC半导体，其中以IGBT为主的半导体器件占逆变器成本约为12%左右。光伏逆变器选用的功率器件一般不需要特定的认证，都是厂家提出的标准，主要还是看客户的工作环境需求和设计规约。 　　深圳古瑞瓦特新能源有限公司光伏逆变器研发经理王文谈到：“目前，公司一部分光伏逆变器机型用的是国内的功率器件，一部分光伏逆变器机型用的是国外的功率器件。国内功率器件成本价格有优势，产能也能满足需求，这是选择国产功率器件的原因。国外功率器件起步早，经验丰富，IGBT模块起步早，与国内相比可靠性稳定性还是有差异的。”有数据显示，IGBT的国产渗透率不足15%，国内光伏逆变器功率器件还存在哪些技术挑战? 　　可靠性要求 　　光伏功率器件对于可靠性的要求也非常高。众所周知，光伏应用场地非常丰富，沙漠，海边，高寒地带等等都能建设光伏。复杂的应用场景要求光伏逆变功率器件具有较高的可靠性。士兰微是国内规模最大的集成电路芯片设计与制造一体(IDM)的企业之一，是国内重要的光伏逆变器功率器件厂商。光伏逆变器输入接光伏面板，输出接电网，不同国家、不同地区的电网质量不一样，对功率器件的参数、可靠性要求也更高，需要对功率器件鲁棒性加强设计。士兰微对光伏用功率器件质量管控严格，鲁棒性高能适用复杂的应用场景。” 　　另外，东海半导体光伏产品前端研发总监黄传伟介绍到：“东海半导体在光伏逆变器这个领域产品这个平台比较齐全，从中高低压的MOSFET到 IGBT。IGBT主要是650伏1200伏，这两个大平台这些产品的布局还都比较齐全。公司产品可靠性寿命比业界要求的500 、1000小时还要高，可以远远超过1000小时。另外，我司产品的一个使用结温比较高，基本上都是在150度。”黄传伟先生表示：“在光伏逆变器领域功率器件产品普遍存在电应力能力不足的，这会影响光伏逆变器使用的长期寿命。” 　　一致性要求 　　光伏逆变器用功率器件多管并联对于产品一致性提出更高要求。光伏逆变器用功率器件无论是IGBT模块还是IGBT单管都涉及到多管并联，多管并联越繁杂对产品一致性要求越高。东海半导体光伏产品前端研发总监黄传伟谈到：“光伏逆变器用功率器件模块或单管并联的管子、芯片越多，对一致性要求就会越苛刻，这也是目前的一个技术难点。” 　　提高功率密度 　　提高功率密度一直是光伏逆变器功率器件厂商一个永恒的话题，提高功率半导体器件密度可以能让光伏逆变器产品提高效率，使光伏逆变器产品尺寸更小，成本更低。通过优化设计方案或使用高功率度的半导体功率器件，可以提高产品功率密度。近年来，第三代半导体逐渐运用到光伏逆变器领域，得益于优异的材料性能， SiC 器件的性能较 Si 器件有明显提升，可以满足未来光伏变换器的需求目标。士兰微应用经理黄军表示到：“第三代SiC半导体有更高的运行温度，更快的开关速度，利于整机提高效率，减小体积;目前SiC SBD已在光伏逆变器上大量使用，提升了功率半导体器件的功率密度;SiC MOSFET也有应用，但使用场合较少;SiC功率器件速度较快，对整机EMI有更大的挑战。” 　　上海贝岭市场经理冒晶晶补充到：“光伏逆变器需要综合考虑功率器件的开关损耗和导通损耗，使功率器件工作时的总损耗最低，同时器件需要具有一定的短路能力应对异常工况，使系统有足够的反应时间进入保护状态。某些产品还需要追求更小的反向恢复电流和较软的反向恢复特性等。” 　　三、光伏逆变器功率器件技术发展趋势 　　目前，光伏逆变器功率器件光伏逆变器功率器件正朝着高可靠性，高功率，高温，高频以及智能化、系统化方向发展。东海半导体光伏产品前端研发总监黄传伟谈到：“首先第一个趋势就是高可靠性，目前通用的这种工业级车规级的1000小时的可靠性一个考核标准。公司也在跟国际上主流的一些厂家，包括英飞凌、安森美相对比。目前我们公司的产品已经远远超过了1000小时的可靠性寿命要求，基本上可以达到英飞凌的水平，英飞凌是在2000小时以上，东海半导体也做到了2000小时。” 　　关于技术趋势方面，士兰微应用经理黄军说道：“光伏逆变器用功率器件有高鲁棒性，低损耗的特性，其中高鲁棒性为主要特点;推测未来的半导体功率器件的发展方向是高鲁棒性、高功率密度及高效率。” 　　四、光伏逆变器市场未来发展前景 　　在双碳计划，十四五目标与规划带来的各项利好光伏发电政策的颁布与实施，加上人们环保意识的提升以及社会缺电的社会背景下，光伏作为清洁能源的太阳能在电力装机结构中的渗透率正在提升。光伏逆变器市场规模也在逐步提升。近几年，我国政府也相继出台有助于光伏行业发展的政策。社会发展的趋势加上政策鼓励的支持，都让光伏产业发展迅猛，光伏逆变器市场也因此受益。 　　公开数据显示在国内市场，功率器件在光伏领域的国产渗透率不足15%，光伏逆变器功率器件市场缺口较大。我国IGBT厂商起步比较晚，但是近年来也取得明显的提高。值得一提的是，士兰微基于自主研发并制造的5代IGBT芯片的光伏逆变模块、电动汽车主驱模块也已大量投放市场。士兰微应用经理黄军表示：“光伏逆变器市场平稳发展，逐年呈现稳定增长态势。目前微逆、户用等基本全用分立器件，工商业应用分立器件和模块并存，以模块为主;随着分立器件功率密度增大，工商业应用有分立器件替代模块的趋势;电站项目往单机更大功率方向发展。针对这些市场预测，士兰已布局开发额定电流更大的分立器件替代工商业模块应用场合;与国内TOP客户合作电站项目大功率模块开发。” 　　关于海外市场，上海贝岭市场经理冒晶晶回答道：“海外主要装机市场需求保持旺盛，国内大基地+整县分布式快速推进，将带动光伏逆变器产量持续增长。我司在该市场领域，依托“强有力的产品设计+集团内部FAB制造”在产品方面已经做了较为全面的布局。同时基于公司在能源检测和计量方面的突出优势实现了市场客户的布局。相信公司在该赛道能和客户形成紧密的联系和协作，实现良好的双赢局面。” 　　结语： 　　无论是社会发展的趋势背景还是政府颁布的支持政策，无疑表明光伏逆变器市场是功率器件厂商的一片蓝海，光伏逆变器市场缺口大，未来有很大发展空间。但对于功率器件厂商也需要解决长期可靠性稳定性、一致性等的技术挑战。比亚迪王传福曾经说过中国1%的沙漠的沙漠地区覆盖太阳能光伏板就可以解决13亿人的用电问题，要知道现在中国人口已经不止13亿了，这样大规模的发电方案现在看来难以实现，期待半导体功率器件厂商实现更多的技术突破，早日解决人们的用电问题。 　　本文为哔哥哔特资讯原创文章，如需转载请在文前注明来源 搜索 复制

自光伏成为新能源赛道的重要一员后，逆变器就成了市场关注的细分赛道之一。 逆变器，这个听名字就很高端设备，其作用是把直流电(比如电池、蓄电瓶等)，转变成定频定压或交流电(如常用的220V交流电)， 是太阳能光伏发电系统的心脏 。 光伏逆变器产品主要分为四类：即集中式逆变器、集散式逆变器、组串式逆变器、微型逆变器。 根据其特性不同各自对应不同的应用场景，使用的晶振类型、封装尺寸也千差万别。 在晶振选型上，要满足光伏逆变器这2个技术特点： ①长寿命 光伏发电系统设计使用寿命一般为20 年左右，因此要求晶振老化率必须低，这样才能保证光伏逆变器的设计寿命需要达到较高水平。 ②高可靠性 光伏逆变器发生故障将会导致光伏系统停机，直接带来发电量的损失，晶振的高可靠性是影响光伏逆变器能否正常运行的关键因素。 目前光伏逆变器 常用的封装尺寸多为3225，常用频点有20MHz、16MHz、32.768KHz等 。如果区分到光伏逆变器使用的晶振类型有哪些？以下是常用的光伏逆变器产品晶振解决方案。 在无源晶体方面，推荐使用 YSX321SL（3225） ，此款晶振具备-40~+85℃工业级温度， 抗干扰且高可靠 等特点，避免光伏逆变器故障的发生。 在有源晶振方面，推荐使用 YSO110TR（3225） ，耐高温，可达 -40~+125℃汽车级温度且高精度 ，特别适合光伏逆变器在极为恶劣的环境下使用。 在计时功能上，推荐使用 YST310S（3215） 时钟晶体，具备 高稳定性、老化率低 ，计时精准不易于走偏，能够有效延长光伏逆变器的使用寿命。 如果您的产品正处于前期开发阶段，我们可根据客户的应用场合提供修改相应的功能，同时免费提供样品测试、电路匹配方案等技术服务。