光伏增長勢頭強(qiáng)勁，芯片靈活性及可靠性要求提升

近年來，光伏市場進(jìn)入了一個新的增長維度。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。國家能源局也宣稱，2022年我國工商業(yè)光伏新增裝機(jī)達(dá)25.87GW，同比增長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，目前中國是光伏裝機(jī)最大增量市場。

國際能源署(IEA)也有類似的預(yù)測：2023年光伏投資將首次超過石油投資，不過，盡管光伏在持續(xù)增長，光伏仍只占全球發(fā)電量的4.5%，其強(qiáng)勁增長將持續(xù)到2023年及以后。

在細(xì)分市場，近年來屋頂光伏市場出現(xiàn)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29GW。

事實上，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，在光儲一體化設(shè)計方面，碳化硅(SiC)等寬禁帶器件和驅(qū)動類產(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，同時實現(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)展趨勢來看，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，簡化安裝工程，為電站投資者帶來更低造價成本和更高系統(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，利用智慧大腦實現(xiàn)對光伏電站的集中運(yùn)營和運(yùn)維管理。

5)光儲融合：目前逆變系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)已開始智能化深度融合，而光儲一體化設(shè)計有助于進(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現(xiàn)直流側(cè)光儲一體化、交流側(cè)獨(dú)立儲能，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)的頭部客戶緊密合作，提供可靠的產(chǎn)品及服務(wù)。

圖：納芯微光儲系統(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、儲能、充電樁等高壓大功率應(yīng)用中，碳化硅材料的優(yōu)勢得以更加凸顯，光伏頭部廠商已經(jīng)開始在儲能及組串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)動類產(chǎn)品搭配使用，可以更好地滿足客戶系統(tǒng)個性化的需求。

2)光耦兼容的隔離驅(qū)動，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)品壽命要求長達(dá)20年甚至更長，然而使用傳統(tǒng)的光耦技術(shù)已經(jīng)無法滿足這一需求。納芯微的單通道隔離驅(qū)動NSI6801能夠很好地應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，該系列產(chǎn)品也是目前納芯微在光伏市場應(yīng)用最廣泛、出貨量最大的驅(qū)動產(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，使用溫度范圍更寬，開關(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。這些大功率模塊對可靠性要求更加嚴(yán)格，因為驅(qū)動IC的失效會對整個系統(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IC，如退飽和保護(hù)(Desat)、主動短路保護(hù)(ASC)、米勒鉗位功能，產(chǎn)品包括單管隔離驅(qū)動NSI6601M、NSI6801M、NSI68515、NSI6611等。

4)更多隔離/非隔離驅(qū)動供選擇，滿足系統(tǒng)設(shè)計新需求

此外，新一代微型逆變器也逐漸開始采用兩級式結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的單級結(jié)構(gòu)相比，這種新結(jié)構(gòu)能夠減小解耦電容，并具備無功補(bǔ)償能力。在這種兩級結(jié)構(gòu)中，前級的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)通常采用全橋拓?fù)?，因此可以采用納芯微的非隔離半橋驅(qū)動器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(qū)動NSI6602V，具備更大的驅(qū)動電流、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，在一些新的設(shè)計中，氮化鎵器件被用于提高功率密度和系統(tǒng)效率，這時納芯微的氮化鎵專用驅(qū)動芯片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(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。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。

事實上，傳統(tǒng)集成式霍爾電流傳感器無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)，沒有可靠性問題。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。

三、納芯微其他品類的產(chǎn)品

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能夠提供長達(dá)15mm的爬電距離，同時還具備優(yōu)異的EMC性能，非常適用于光伏系統(tǒng)的應(yīng)用。同時，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，如NSI1624、NSI1224、NSI6602V，能夠更好地滿足大功率微逆的需求。

此外，隨著光伏和儲能技術(shù)的融合，家庭儲能系統(tǒng)的數(shù)量不斷增加，電池儲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。納芯微的半橋驅(qū)動器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(yīng)對不斷增長的光儲系統(tǒng)需求，為系統(tǒng)集成帶來更多的靈活性和可靠性。