機遇與挑戰：

• 提高效率需逆變器撐腰
• 功率器件決定逆變器高下
• 另辟蹊徑優化輸出功率
• 太陽能市場升溫，逆變器價格有望走低

市場數據：

• 太陽能工程的市場每年的增長率將達到20% 到30%
• 逆變器的成本占整體太陽能係統成本的15%到20%

人類社會的不斷發展伴隨著更多的能源消耗，因而尋找新能源成為人們麵臨的緊迫課題。既要維係工業經濟的發展
，又要降低“碳”排放，一個重要途徑就是加大開發利用太陽能等新能源。對此，世界各國相繼加大投入太陽能發電，以替代石油、燃煤等傳統能源。

在眾多可再生能源之中，太陽能廣受關注，事實上全球範圍內正掀起太陽能發電的新浪潮。發達國家方麵，美國計劃到2025年要使可再生能源發電量占到電力供應總量的25%；到2020年，日本的太陽能發電量將會達到2005年的20倍左右；到2030年，將達到40倍左右。發展中國家對太陽能的關注度也很高，中國到2020年可再生能源將占到電力供應總量的12.5%；在印度，到2012年可再生能源的份額將達到12%。

提高效率需逆變器撐腰

新興市場的崛起
，往往意味著新機會的誕生。太陽能作為一種新能源，為電池製造、電源轉換等相關企業提供了發揮的新舞台。談到新能源未來應用前景，國際整流器公司(IR)戰略市場開發副總裁Alberto Guerra指出:“對於家庭及商業環境來說，未來的省電節能策略是使用智能電網及智能家電，而且進一步使用太陽能(及風力)技術來發電。”

youyuguangfufadianxitongchanshengdedianliuweizhiliudian，danminyongdianliyijiaoliugongdianweizhu
，erqietaiyangnengfadianzuizhongjiangzouxiangbingwangyunxing，zhejiuyiweizhetaiyangnengfadianbixutongguonibianqijiangzhiliudianzhuanhuanweijiaoliudianlaiqudongjiayongdianqidengfuzai。yinci，nibianqizaitaiyangnengfadianxitongzhongjuyoujuzuqingzhongdezuoyong。

逆ni變bian器qi的de主zhu要yao功gong能neng是shi將jiang電dian源yuan的de可ke變bian直zhi流liu電dian壓ya輸shu入ru轉zhuan變bian為wei無wu幹gan擾rao的de交jiao流liu正zheng弦xian波bo輸shu出chu

，既ji可ke供gong設she備bei使shi用yong，也ye可ke反fan饋kui給gei電dian網wang。除chu了le實shi現xian交jiao直zhi流liu的de轉zhuan換huan之zhi外wai，逆ni變bian器qi還hai能neng執zhi行xing其qi它ta功gong能neng

，如ru將jiang電dian路lu斷duan開kai
，避bi免mian電dian路lu因yin電dian流liu突tu波bo而er損sun壞huai
，此ci外wai還hai能neng為wei電dian池chi充chong電dian、對數據的使用和性能進行存儲，以及跟蹤最大功率點(MPPT)等，以盡可能提高發電的效率。

“提高中大功率太陽能發電係統能源效率，逆變器是一個重要環節，它是保證太陽能轉換效率和投資回報的關鍵因素。”英飛淩科技(中國)有限公司家電及工業功率器件市場經理陳子穎特別強調提高太陽能發電係統的要點在於逆變器。

盡管近年來太陽能電池製造企業一直致力於提高太陽能電池的光電轉換效率
，但是就2010年2月太陽能電池的最高光電轉換效率來看，15cm×15cm厚200μm的太陽能電池也隻能實現19.3%的轉換效率。由於太陽能麵板的光電轉換效率相對低(平均約在15%左右)，所以，從太陽能麵板盡可能多獲得輸出功率的重任就落在了逆變器身上。

"美國國家半導體亞太區核心市場業務發展總監張耀強指出
，太陽能發電係統麵對的最大挑戰是優化逆變器性能。"

功率器件決定逆變器高下

而太陽能逆變器性能提高則更依賴於功率開關器件, 想xiang獲huo得de高gao效xiao的de交jiao流liu輸shu出chu電dian壓ya和he電dian流liu，就jiu需xu要yao正zheng確que選xuan擇ze功gong率lv器qi件jian。陳chen子zi穎ying認ren為wei
，中zhong國guo目mu前qian主zhu要yao發fa展zhan的de是shi中zhong大da功gong率lv太tai陽yang能neng發fa電dian係xi統tong，金jin太tai陽yang示shi範fan工gong程cheng財cai政zheng補bu助zhu資zi金jin管guan理li暫zan行xing辦ban法fa規gui定ding，單dan個ge項xiang目mu裝zhuang機ji容rong量liang不bu低di於yu300kWp。“隨著單機功率增大
，太陽能逆變器受技術和器件限製，電路形式就比較單一
，主要還是三相逆變橋， 提高能源效率的重任就落在了功率器件上
，其器件本身的性能和設計使用是關鍵。”

在中小功率的太陽能逆變器中不少公司擁有自己的專利電路結構，新一代功率器件使得這些電路如虎添翼，效率、可靠性等各方麵性能都有了很大提高。

英飛淩為太陽能應用開發了一係列產品
，如大功率三電平模塊Easy和Econo4係列，產品範圍50A～300A 650V；高速IGBT和碳化矽二極管PrimePACK模塊，規格為600A 1200V。這些功率器件有助於推動100KW以上的太陽能逆變器效率達到一個更高的水平。此外
，英飛淩的構槽柵場終止技術FieldStop IGBT
、CoolMOS、碳化矽二極管SiC在高能效的太陽能逆變器也有出色的表現。

IR也是太陽能技術的先驅。Alberto Guerra介紹，早在60年代初期，IR生產的太陽能電池片便用於首個衛星之上，甚至用來驅動首輛太陽能電動汽車。時至今日，IR為太陽能業界提供多元化的功率管理產品，特別是家用
、商用及公用業務級別應用的串式逆變器。IR MOSFET及IGBT技術發揮了先進的效能，可用於不同的太陽能逆變器拓樸，如單相和三相的設計，幫助係統減低功率耗散。IR的IGBT產品能夠全麵照顧以上各種樸拓的性能要求，功率範圍覆蓋5KW至30KW及以上，電壓範圍在600V至1200V。

"英飛淩科技（中國）有限公司家電及工業功率器件市場經理陳子穎表示

，逆變器是是保證太陽能轉換效率和投資回報的關鍵因素。"
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逆變器設計要點：可靠性和效率並舉

對(dui)於(yu)熟(shu)悉(xi)功(gong)率(lv)管(guan)理(li)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)而(er)言(yan)

，設(she)計(ji)太(tai)陽(yang)能(neng)發(fa)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)逆(ni)變(bian)器(qi)有(you)什(shen)麼(me)要(yao)點(dian)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)注(zhu)意(yi)？首(shou)先(xian)，就(jiu)現(xian)有(you)光(guang)伏(fu)係(xi)統(tong)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)使(shi)用(yong)情(qing)況(kuang)來(lai)看(kan)，它(ta)們(men)一(yi)般(ban)隻(zhi)能(neng)使(shi)用(yong)5到10年
，而光伏電池板的使用壽命長達25年
，逆變器成為光伏係統中可靠性最低的組件。IR的Alberto Guerra提出，設計師必須考慮光伏係統逆變器的使用壽命。“太陽能逆變技術業界對於產品壽命有很高的期望，一般都能保證20至25年的使用期，因此特別著重每種元件的可靠性。”盡管半導體元件通常都達到這種可靠性水平
，但對於無源元件來說卻有可能是一個挑戰，特別是電容器。

Alberto Guerra進一步指出克服該挑戰的解決之道為采用電路拓樸解決方案(軟開關相對於硬開關)，在zai一yi定ding程cheng度du上shang可ke以yi減jian少shao這zhe些xie元yuan件jian所suo承cheng受shou的de應ying力li，滿man足zu太tai陽yang能neng業ye界jie相xiang對dui於yu傳chuan統tong功gong率lv管guan理li應ying用yong的de特te別bie需xu要yao。他ta還hai特te別bie提ti示shi設she計ji者zhe選xuan擇ze器qi件jian時shi需xu要yao特te別bie注zhu意yi半ban導dao體ti特te性xing，包bao括kuo電dian壓ya範fan圍wei或huo開kai關guan速su度du。

其次，太陽能發電受製於建設成本高而發展遲滯

，從經濟帳上來看總發電成本也並不環保。

陳子穎認為效率是最重要的指標
，提高太陽能逆變器的效率可以節約電流轉換中所損失的能量，進而降低太陽能發電的生產成本。

“對於一個100kW太陽能發電係統
，提高效率0.1%就能節省將近1平方米的電池板
，所以效率是第一位的。”陳子穎還談到提高效率，器件的設計使用也是非常關鍵。如何發揮IGBT模塊的優勢與係統設計工程師設計也密切相關，例如設計中應努力減小功率電路的寄生電感，把IGBT驅動得穩定一些、更快一些

，這都直接影響著係統效率。為此，英飛淩為風力發電和太陽能提供功率單元的整體設計方案
，如PrimeStack和MODStack產品
，可用於幾十千瓦到8兆瓦的逆變器。

另辟蹊徑優化輸出功率

目前，逆變器效率可以達到97.2%左右，繼續提高的效率空間也極其有限。一些公司嚐試以其他方式改善太陽能發電的效率，其中以TI推出的“微逆變器”和NS的“電源優化器”最具代表。

傳統逆變器與多個太陽能電池模塊串聯的結構，存在因日照不均、電(dian)池(chi)性(xing)能(neng)不(bu)均(jun)等(deng)原(yuan)因(yin)導(dao)致(zhi)輸(shu)出(chu)效(xiao)率(lv)下(xia)降(jiang)的(de)弊(bi)端(duan)，進(jin)而(er)導(dao)致(zhi)整(zheng)體(ti)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)大(da)幅(fu)降(jiang)低(di)的(de)問(wen)題(ti)。為(wei)了(le)解(jie)決(jue)這(zhe)一(yi)問(wen)題(ti)，出(chu)現(xian)了(le)各(ge)個(ge)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)模(mo)塊(kuai)配(pei)備(bei)逆(ni)變(bian)器(qi)及(ji)轉(zhuan)換(huan)器(qi)功(gong)能(neng)的(de)新(xin)架(jia)構(gou)，即(ji)“微型逆變器”及“微型轉換器”。美國德州儀器(TI)負責太陽能電池相關業務的Dave Freeman指出
，這樣可以通過對各模塊的輸出功率進行優化，使得整體的輸出功率最大化。

此(ci)外(wai)，與(yu)通(tong)信(xin)功(gong)能(neng)組(zu)合(he)的(de)話(hua)，還(hai)可(ke)用(yong)於(yu)監(jian)視(shi)各(ge)個(ge)模(mo)塊(kuai)的(de)狀(zhuang)態(tai)，檢(jian)測(ce)出(chu)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)的(de)模(mo)塊(kuai)。簡(jian)而(er)言(yan)之(zhi)，微(wei)型(xing)逆(ni)變(bian)器(qi)是(shi)在(zai)各(ge)個(ge)模(mo)塊(kuai)上(shang)全(quan)部(bu)配(pei)備(bei)上(shang)現(xian)有(you)的(de)逆(ni)變(bian)器(qi)功(gong)能(neng)。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)，從(cong)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)的(de)優(you)化(hua)到(dao)DC-AC轉換均由模塊來進行。從模塊輸出的功率為交流，可直接並入電網。IR也擁有滿足微逆變器和直流-直流解決方案需求的特殊產品，這些設備正代表著一種足以影響大陽能逆變器的破壞性技術。

和一般電子設備的使用環境相比，太陽能光伏係統所在環境要惡劣得多。一般麵板安裝在野外，局部的陰影
、不同的傾斜角度及麵向方位、汙垢、不同的老化程度、細xi小xiao的de裂lie縫feng以yi及ji不bu同tong光guang電dian板ban的de不bu同tong溫wen度du等deng容rong易yi造zao成cheng係xi統tong失shi配pei，若ruo光guang電dian板ban之zhi間jian的de電dian壓ya及ji電dian流liu失shi配pei，整zheng個ge太tai陽yang能neng係xi統tong便bian會hui出chu現xian失shi配pei問wen題ti。此ci外wai，太tai陽yang能neng係xi統tong的de使shi用yong時shi間jian越yue長chang，其qi發fa電dian量liang便bian越yue少shao，令ling投tou資zi回hui報bao大da幅fu下xia跌die。

“傳chuan統tong的de太tai陽yang能neng係xi統tong有you其qi結jie構gou性xing的de缺que陷xian

，以yi致zhi係xi統tong性xing能neng無wu法fa得de到dao充chong分fen發fa揮hui，而er且qie係xi統tong的de使shi用yong時shi間jian越yue長chang，效xiao率lv便bian越yue低di，這zhe些xie缺que點dian限xian製zhi了le太tai陽yang能neng係xi統tong的de市shi場chang發fa展zhan，令ling太tai陽yang能neng係xi統tong無wu法fa普pu及ji起qi來lai。”美國國家半導體亞太區核心市場業務發展總監張耀強一針見血地指出，太陽能係統麵對的最大挑戰是優化逆變器性能。

美國國家半導體在2009年正式供貨的電源優化器SolarMagic，keyiliyongfenbushidianlujinliangtigaomeiyimokuaidefadianliang，erqiehaiketiaozhengmeiyipaiguangdianbandedianyahedianliu，zhizhiquanbuqudepingheng，yimianxitongchuxianshipei。ciwai，meiyimokuaidoujubeijiankonggongneng，yincibudankeweixitongtigongewaifanghu，jiangdixitongdeweihuchengben，erqiehaiketigaoxitongxingneng，quebaoxitongcaozuogengjiawendingkekao。

即使部分電池板受到陰影、灰塵覆蓋等情況的影響

，SolarMagic電源優化器仍可以跟蹤最佳的局部MPP(最大功率點)
，可挽回超過57%損失的發電量。同時
，SolarMagic電源優化器將輸入電壓/電流轉換為不同的輸出電壓/電流，以最大限度提高係統中的能量傳輸。

電(dian)源(yuan)優(you)化(hua)器(qi)會(hui)以(yi)間(jian)接(jie)的(de)方(fang)式(shi)互(hu)相(xiang)通(tong)信(xin)
，檢(jian)測(ce)自(zi)己(ji)的(de)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)環(huan)境(jing)並(bing)自(zi)我(wo)調(tiao)整(zheng)，直(zhi)到(dao)串(chuan)聯(lian)的(de)整(zheng)排(pai)電(dian)池(chi)板(ban)能(neng)夠(gou)達(da)到(dao)最(zui)佳(jia)值(zhi)
，同(tong)時(shi)在(zai)電(dian)池(chi)板(ban)級(ji)別(bie)達(da)到(dao)局(ju)部(bu)優(you)化(hua)點(dian)。SolarMagic電源優化器積極解決了集中式MPPT固有的問題，因此成功減輕了電池板不匹配問題。

太陽能市場升溫，逆變器價格有望走低

2009年全球經濟經曆了一次陣痛

，隨著進入2010年的到來，半導體產業迎來了複蘇的曙光。據iSuppli公司預測
，2010年全球光伏係統裝機容量將增長68%，達到8.6GW。

IR的Alberto Guerra預測，在未來幾年中，太陽能工程的市場每年的增長率將達到20% 到30%。相應地，太陽能逆變器的價格也會隨之下降。由於逆變器的成本占整體太陽能係統成本的15%到20%，因為存在更大的市場需求而得到價格支持，所以他認為半導體價格的下降並不會造成行業的壓力。

“盡(jin)管(guan)未(wei)來(lai)難(nan)以(yi)預(yu)測(ce)
，然(ran)而(er)在(zai)每(mei)個(ge)工(gong)業(ye)化(hua)國(guo)家(jia)中(zhong)，人(ren)們(men)對(dui)於(yu)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)政(zheng)策(ce)的(de)態(tai)度(du)都(dou)有(you)很(hen)大(da)的(de)改(gai)變(bian)。這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)將(jiang)會(hui)持(chi)續(xu)，更(geng)會(hui)延(yan)伸(shen)至(zhi)更(geng)廣(guang)闊(kuo)的(de)範(fan)圍(wei)，力(li)度(du)也(ye)會(hui)加(jia)大(da)。”Alberto Guerra對未來持樂觀的態度，他認為光伏市場將保持增長勢頭，而太陽能逆變器業界對功率產品的需求也將持續。