近年來(lái)，光伏市場(chǎng)進(jìn)入了一個(gè)新的增長(cháng)維度。SolarPower Europe數據顯示，2022年全球光伏新增裝機量達239GW，占所有可再生能源新增容量的三分之二。國家能源局也宣稱(chēng)，2022年我國工商業(yè)光伏新增裝機達25.87GW，同比增長(cháng)236.7%;2023年一季度工商業(yè)光伏新增裝機9.21GW，刷新了年度記錄。據悉，從新增裝機量可以看出，目前中國是光伏裝機最大增量市場(chǎng)。
國際能源署(IEA)也有類(lèi)似的預測：2023年光伏投資將首次超過(guò)石油投資，不過(guò)，盡管光伏在持續增長(cháng)，光伏仍只占全球發(fā)電量的4.5%，其強勁增長(cháng)將持續到2023年及以后。
在細分市場(chǎng)，近年來(lái)屋頂光伏市場(chǎng)出現了明顯繁榮。2022年，中國增加了51.1GW屋頂光伏，占新增總量的54%，較2021年增長(cháng)29GW。
事實(shí)上，半導體技術(shù)的創(chuàng )新一直在助力深挖光伏應用的巨大潛力。除了單晶硅和多晶硅材料外，在光儲一體化設計方面，碳化硅(SiC)等寬禁帶器件和驅動(dòng)類(lèi)產(chǎn)品正在推進(jìn)功率密度不斷提升，系統成本進(jìn)一步降低，同時(shí)實(shí)現更多的功能。
技術(shù)迭代助推光伏度電成本持續降低。從發(fā)展趨勢來(lái)看，光伏系統的進(jìn)展呈現出五大特點(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)、鈣鈦礦等電池結構，將光能轉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)現最高的功率密度，使用戶(hù)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、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)、大數據等技術(shù)的信息化“智能光伏”電站，利用智慧大腦實(shí)現對光伏電站的集中運營(yíng)和運維管理。
5）光儲融合： 目前逆變系統與儲能系統已開(kāi)始智能化深度融合，而光儲一體化設計有助于進(jìn)一步降低系統成本，使運行更穩定，調度響應更精準。利用高比例新能源接入實(shí)現直流側光儲一體化、交流側獨立儲能，從而支持穩定并網(wǎng)，讓光伏發(fā)電從適應電網(wǎng)走向支撐電網(wǎng)，加速光伏成為主力能源。
納芯微光儲解決方案為可靠性保駕護航
作為一家高性能、高可靠性模擬及混合信號芯片公司，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、儲能變流器、光伏陣列/優(yōu)化器和儲能電池/BMS。日前，納芯微已經(jīng)與光伏行業(yè)的頭部客戶(hù)緊密合作，提供可靠的產(chǎn)品及服務(wù)。
圖：納芯微光儲系統解決方案總覽
納芯微的產(chǎn)品覆蓋廣泛，包括：SiC功率半導體、隔離/非隔離驅動(dòng)芯片、隔離電流/電壓采樣芯片、霍爾電流傳感器、數字隔離器、隔離接口芯片、通用Buck/LDO/電源監控IC、通用運算放大器、高精度電壓基準源、溫濕度傳感器/壓力傳感器等。
一、納芯微的SiC+驅動(dòng)類(lèi)產(chǎn)品組合
1）第三代半導體SiC器件，有效提高系統效率
SiC功率器件具有高耐壓、高速開(kāi)關(guān)、低導通電壓和高效率等特性，有助于降低能耗并縮小系統尺寸。特別是在光伏、儲能、充電樁等高壓大功率應用中，碳化硅材料的優(yōu)勢得以更加凸顯，光伏頭部廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始在儲能及組串MPPT(最大功率點(diǎn)跟蹤)應用中采用第三代半導體器件。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電路中均能表現出卓越的效率特性，完美滿(mǎn)足中高壓系統需求。如果將納芯微的SiC產(chǎn)品和驅動(dòng)類(lèi)產(chǎn)品搭配使用，可以更好地滿(mǎn)足客戶(hù)系統個(gè)性化的需求。
2）光耦兼容的隔離驅動(dòng)，更強抗干擾能力，確保系統穩定運行
光伏領(lǐng)域對可靠性有著(zhù)極高的要求，產(chǎn)品壽命要求長(cháng)達20年甚至更長(cháng)，然而使用傳統的光耦技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足這一需求。納芯微的單通道隔離驅動(dòng)NSI6801能夠很好地應對這一挑戰，該系列產(chǎn)品也是目前納芯微在光伏市場(chǎng)應用最廣泛、出貨量最大的驅動(dòng)產(chǎn)品。NSI6801采用雙電容增強隔離技術(shù)，兼容光耦輸入，提供更強的隔離性能，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(cháng)，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，穩定可靠運行。
3）具備多種保護功能的驅動(dòng)芯片，滿(mǎn)足大功率模塊的嚴格要求
此外，在大功率應用中，不再只采用單顆功率器件，而是更傾向于采用功率模塊。這些大功率模塊對可靠性要求更加嚴格，因為驅動(dòng)IC的失效會(huì )對整個(gè)系統造成影響。為滿(mǎn)足這一挑戰，納芯微能夠提供多種具備保護功能的驅動(dòng)IC，如退飽和保護(Desat)、主動(dòng)短路保護(ASC)、米勒鉗位功能，產(chǎn)品包括單管隔離驅動(dòng)NSI6601M、NSI6801M、NSI68515、NSI6611等。
4）更多隔離/非隔離驅動(dòng)供選擇，滿(mǎn)足系統設計新需求
此外，新一代微型逆變器也逐漸開(kāi)始采用兩級式結構，與傳統的單級結構相比，這種新結構能夠減小解耦電容，并具備無(wú)功補償能力。在這種兩級結構中，前級的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)通常采用全橋拓撲，因此可以采用納芯微的非隔離半橋驅動(dòng)器NSD1224，該產(chǎn)品具備更強的輸入引腳和橋臂中點(diǎn)的耐負壓能力，可提高驅動(dòng)的可靠性;而后級的全橋逆變部分，則可以采用納芯微新一代隔離半橋驅動(dòng)NSI6602V，具備更大的驅動(dòng)電流、更高的輸入耐壓和更強的抗干擾能力，使用壽命也更加持久。同時(shí)，在一些新的設計中，氮化鎵器件被用于提高功率密度和系統效率，這時(shí)納芯微的氮化鎵專(zhuān)用驅動(dòng)芯片NSD2621可以充分發(fā)揮氮化鎵器件的性能。
二、納芯微的磁電流傳感器產(chǎn)品
在傳統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。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通流超過(guò)30A，引腳更厚的封裝(包括NSM2019和NSM2111等)的輸入側導通阻抗更小(NSM2019只有0.27毫歐)，可持續通流高達100A，具備光伏逆變器輸入所需的高達20kA的浪涌電流抵抗能力。
事實(shí)上，傳統集成式霍爾電流傳感器無(wú)法滿(mǎn)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。而光伏PV側的電流檢測還是使用霍爾電流傳感器模塊，納芯微的NSM2019可以替代PV側的霍爾電流傳感器模塊，滿(mǎn)足浪涌要求，通流能力強，沒(méi)有可靠性問(wèn)題。在光伏逆變器AC側通常使用閉環(huán)電流傳感器模塊，以滿(mǎn)足高精度、高通流能力的要求。NSM2019能滿(mǎn)足該要求，精度高達正負2%，可持續通流高達100A。
三、納芯微其他品類(lèi)的產(chǎn)品
隨著(zhù)光伏組件功率密度的不斷提升，母線(xiàn)電壓已提高至1500V，因此需要更大的爬電距離，納芯微超寬體數字隔離器NSI824x能夠提供長(cháng)達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的應用。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，因此市面上涌現出更多的微型逆變器，納芯微的非隔離/隔離半橋驅動(dòng)，如NSI1624、NSI1224、NSI6602V，能夠更好地滿(mǎn)足大功率微逆的需求。
此外，隨著(zhù)光伏和儲能技術(shù)的融合，家庭儲能系統的數量不斷增加，電池儲能容量也在逐漸增加。這為DC-DC轉換器提供了更多的機會(huì )。納芯微的半橋驅動(dòng)器NSI6602V以及CAN接口產(chǎn)品(如NSI1050、NCA1042)在這一趨勢下將發(fā)揮更加重要的作用。這些產(chǎn)品將能夠有效應對不斷增長(cháng)的光儲系統需求，為系統集成帶來(lái)更多的靈活性和可靠性。
