近年來(lái)，光伏市場(chǎng)進(jìn)入了一個(gè)新的增長(zhǎng)維度。SolarPower Europe數(shù)據(jù)顯示，2022年全球光伏新增裝機(jī)量達(dá)239GW，占所有可再生能源新增容量的三分之二。國(guó)家能源局也宣稱，2022年我國(guó)工商業(yè)光伏新增裝機(jī)達(dá)25.87GW，同比增長(zhǎng)236.7％；2023年一季度工商業(yè)光伏新增裝機(jī)9.21GW，刷新了年度記錄。據(jù)悉，從新增裝機(jī)量可以看出，目前中國(guó)是光伏裝機(jī)最大增量市場(chǎng)。
國(guó)際能源署（IEA）也有類似的預(yù)測(cè)：2023年光伏投資將首次超過(guò)石油投資，不過(guò)，盡管光伏在持續(xù)增長(zhǎng)，光伏仍只占全球發(fā)電量的4.5％，其強(qiáng)勁增長(zhǎng)將持續(xù)到2023年及以后。
在細(xì)分市場(chǎng)，近年來(lái)屋頂光伏市場(chǎng)出現(xiàn)了明顯繁榮。2022年，中國(guó)增加了51.1GW屋頂光伏，占新增總量的54％，較2021年增長(zhǎng)29GW。
事實(shí)上，半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新一直在助力深挖光伏應(yīng)用的巨大潛力。除了單晶硅和多晶硅材料外，在光儲(chǔ)一體化設(shè)計(jì)方面，碳化硅（SiC）等寬禁帶器件和驅(qū)動(dòng)類產(chǎn)品正在推進(jìn)功率密度不斷提升，系統(tǒng)成本進(jìn)一步降低，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更多的功能。
技術(shù)迭代助推光伏度電成本持續(xù)降低。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，光伏系統(tǒng)的進(jìn)展呈現(xiàn)出五大特點(diǎn)：
1）采用大尺寸、高效率光伏組件，如182／210mm大尺寸硅片；材料方面使用TOPCon（隧穿氧化層鈍化接觸）、HJT（異質(zhì)結(jié)）、鈣鈦礦等電池結(jié)構(gòu)，將光能轉(zhuǎn)換效率從目前主流光伏電池的24.5％提高到28.7％－40％以上。
2）采用更大功率、更高功率密度的光伏逆變器，如300kW＋組串式逆變器，以及4MW＋集中／集散式逆變器，以實(shí)現(xiàn)最高的功率密度，使用戶利益最大化。
3）采用更大容量、更高容配比的組網(wǎng)方陣，如1.2～1.8倍高容配比的4MW＋、6MW＋、12MW＋，減少直流電纜、支架及基礎(chǔ)、匯流箱用量，簡(jiǎn)化安裝工程，為電站投資者帶來(lái)更低造價(jià)成本和更高系統(tǒng)收益。
4）光伏發(fā)電與信息技術(shù)的完美融合，采用物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、人工智能（AI）、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的信息化“智能光伏”電站，利用智慧大腦實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電站的集中運(yùn)營(yíng)和運(yùn)維管理。
5）光儲(chǔ)融合：目前逆變系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)已開(kāi)始智能化深度融合，而光儲(chǔ)一體化設(shè)計(jì)有助于進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本，使運(yùn)行更穩(wěn)定，調(diào)度響應(yīng)更精準(zhǔn)。利用高比例新能源接入實(shí)現(xiàn)直流側(cè)光儲(chǔ)一體化、交流側(cè)獨(dú)立儲(chǔ)能，從而支持穩(wěn)定并網(wǎng)，讓光伏發(fā)電從適應(yīng)電網(wǎng)走向支撐電網(wǎng)，加速光伏成為主力能源。
納芯微光儲(chǔ)解決方案為可靠性保駕護(hù)航
作為一家高性能、高可靠性模擬及混合信號(hào)芯片公司，納芯微將光伏作為其能源與電源業(yè)務(wù)的一個(gè)重要領(lǐng)域，解決方案覆蓋光伏逆變器、儲(chǔ)能變流器、光伏陣列／優(yōu)化器和儲(chǔ)能電池／BMS。日前，納芯微已經(jīng)與光伏行業(yè)的頭部客戶緊密合作，提供可靠的產(chǎn)品及服務(wù)。
圖：納芯微光儲(chǔ)系統(tǒng)解決方案總覽
納芯微的產(chǎn)品覆蓋廣泛，包括：SiC功率半導(dǎo)體、隔離／非隔離驅(qū)動(dòng)芯片、隔離電流／電壓采樣芯片、霍爾電流傳感器、數(shù)字隔離器、隔離接口芯片、通用Buck／LDO／電源監(jiān)控IC、通用運(yùn)算放大器、高精度電壓基準(zhǔn)源、溫濕度傳感器／壓力傳感器等。
一、納芯微的SiC＋驅(qū)動(dòng)類產(chǎn)品組合
1）第三代半導(dǎo)體SiC器件，有效提高系統(tǒng)效率
SiC功率器件具有高耐壓、高速開(kāi)關(guān)、低導(dǎo)通電壓和高效率等特性，有助于降低能耗并縮小系統(tǒng)尺寸。特別是在光伏、儲(chǔ)能、充電樁等高壓大功率應(yīng)用中，碳化硅材料的優(yōu)勢(shì)得以更加凸顯，光伏頭部廠商已經(jīng)開(kāi)始在儲(chǔ)能及組串MPPT（最大功率點(diǎn)跟蹤）應(yīng)用中采用第三代半導(dǎo)體器件。目前，SiC二極管在光伏行業(yè)也已經(jīng)得到了成熟的應(yīng)用。
為此，納芯微推出了1200V系列SiC二極管產(chǎn)品。這些器件在單相或三相PFC、隔離或非隔離型DC－DC電路中均能表現(xiàn)出卓越的效率特性，完美滿足中高壓系統(tǒng)需求。如果將納芯微的SiC產(chǎn)品和驅(qū)動(dòng)類產(chǎn)品搭配使用，可以更好地滿足客戶系統(tǒng)個(gè)性化的需求。
2）光耦兼容的隔離驅(qū)動(dòng)，更強(qiáng)抗干擾能力，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行
光伏領(lǐng)域?qū)煽啃杂兄鴺O高的要求，產(chǎn)品壽命要求長(zhǎng)達(dá)20年甚至更長(zhǎng)，然而使用傳統(tǒng)的光耦技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足這一需求。納芯微的單通道隔離驅(qū)動(dòng)NSI6801能夠很好地應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，該系列產(chǎn)品也是目前納芯微在光伏市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛、出貨量最大的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品。NSI6801采用雙電容增強(qiáng)隔離技術(shù)，兼容光耦輸入，提供更強(qiáng)的隔離性能，CMTI大于150kV／us，有效提高了產(chǎn)品的抗干擾能力，使用壽命更長(zhǎng)，使用溫度范圍更寬，開(kāi)關(guān)頻率更快，能夠更好地適配SiC器件，穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
3）具備多種保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)芯片，滿足大功率模塊的嚴(yán)格要求
此外，在大功率應(yīng)用中，不再只采用單顆功率器件，而是更傾向于采用功率模塊。這些大功率模塊對(duì)可靠性要求更加嚴(yán)格，因?yàn)轵?qū)動(dòng)IC的失效會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成影響。為滿足這一挑戰(zhàn)，納芯微能夠提供多種具備保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)IC，如退飽和保護(hù)（Desat）、主動(dòng)短路保護(hù)（ASC）、米勒鉗位功能，產(chǎn)品包括單管隔離驅(qū)動(dòng)NSI6601M、NSI6801M、NSI68515、NSI6611等。
4）更多隔離／非隔離驅(qū)動(dòng)供選擇，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)新需求
此外，新一代微型逆變器也逐漸開(kāi)始采用兩級(jí)式結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的單級(jí)結(jié)構(gòu)相比，這種新結(jié)構(gòu)能夠減小解耦電容，并具備無(wú)功補(bǔ)償能力。在這種兩級(jí)結(jié)構(gòu)中，前級(jí)的最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）通常采用全橋拓?fù)洌虼丝梢圆捎眉{芯微的非隔離半橋驅(qū)動(dòng)器NSD1224，該產(chǎn)品具備更強(qiáng)的輸入引腳和橋臂中點(diǎn)的耐負(fù)壓能力，可提高驅(qū)動(dòng)的可靠性；而后級(jí)的全橋逆變部分，則可以采用納芯微新一代隔離半橋驅(qū)動(dòng)NSI6602V，具備更大的驅(qū)動(dòng)電流、更高的輸入耐壓和更強(qiáng)的抗干擾能力，使用壽命也更加持久。同時(shí)，在一些新的設(shè)計(jì)中，氮化鎵器件被用于提高功率密度和系統(tǒng)效率，這時(shí)納芯微的氮化鎵專用驅(qū)動(dòng)芯片NSD2621可以充分發(fā)揮氮化鎵器件的性能。
在傳統(tǒng)的光伏逆變器中有很多霍爾電流傳感器模塊，主要作用是輸入／輸出電流檢測(cè)。納芯微的霍爾電流傳感器比霍爾電流傳感器模塊體積更小，可減少50％以上的占板面積，高度也更低。NSM201x寬體封裝系列可持續(xù)通流超過(guò)30A，引腳更厚的封裝（包括NSM2019和NSM2111等）的輸入側(cè)導(dǎo)通阻抗更小（NSM2019只有0.27毫歐），可持續(xù)通流高達(dá)100A，具備光伏逆變器輸入所需的高達(dá)20kA的浪涌電流抵抗能力。
事實(shí)上，傳統(tǒng)集成式霍爾電流傳感器無(wú)法滿足這么高的浪涌電流要求，NSM201x薄體封裝也只能支持13kA的浪涌電流抵抗能力，因此較多被用在MPPT側(cè)。而光伏PV側(cè)的電流檢測(cè)還是使用霍爾電流傳感器模塊，納芯微的NSM2019可以替代PV側(cè)的霍爾電流傳感器模塊，滿足浪涌要求，通流能力強(qiáng)，沒(méi)有可靠性問(wèn)題。在光伏逆變器AC側(cè)通常使用閉環(huán)電流傳感器模塊，以滿足高精度、高通流能力的要求。NSM2019能滿足該要求，精度高達(dá)正負(fù)2％，可持續(xù)通流高達(dá)100A。
隨著光伏組件功率密度的不斷提升，母線電壓已提高至1500V，因此需要更大的爬電距離，納芯微超寬體數(shù)字隔離器NSI824x能夠提供長(zhǎng)達(dá)15mm的爬電距離，同時(shí)還具備優(yōu)異的EMC性能，非常適用于光伏系統(tǒng)的應(yīng)用。同時(shí)，光伏組件尺寸也在不斷增加，單光伏板能夠提供的功率越來(lái)越大，因此市面上涌現(xiàn)出更多的微型逆變器，納芯微的非隔離／隔離半橋驅(qū)動(dòng)，如NSI1624、NSI1224、NSI6602V，能夠更好地滿足大功率微逆的需求。
此外，隨著光伏和儲(chǔ)能技術(shù)的融合，家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)量不斷增加，電池儲(chǔ)能容量也在逐漸增加。這為DC－DC轉(zhuǎn)換器提供了更多的機(jī)會(huì)。納芯微的半橋驅(qū)動(dòng)器NSI6602V以及CAN接口產(chǎn)品（如NSI1050、NCA1042）在這一趨勢(shì)下將發(fā)揮更加重要的作用。這些產(chǎn)品將能夠有效應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的光儲(chǔ)系統(tǒng)需求，為系統(tǒng)集成帶來(lái)更多的靈活性和可靠性。
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