組串式逆變器市占率將逼近八成，SiC應(yīng)用空間巨大

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏逆變器將光伏發(fā)電板所產(chǎn)生的直流電，轉(zhuǎn)化為可接入電網(wǎng)和提供給電器使用的交流電。近年來，得益于光伏發(fā)電等清潔能源的大規(guī)模應(yīng)用，逆變器市場(chǎng)呈現(xiàn)爆發(fā)增長的態(tài)勢(shì)。

組串式逆變器正在占據(jù)主導(dǎo)地位

根據(jù)賽迪顧問的報(bào)告，2023年中國逆變器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到248.9GW，同比增長136.1%，同時(shí)預(yù)計(jì)2024到2026年，逆變器市場(chǎng)復(fù)合增長率將達(dá)到44%。

市場(chǎng)上常見的光伏逆變器可以分為集中式、組串式、集散式和微型逆變器等四種類型，而目前市場(chǎng)上組串式逆變器逐漸在光伏應(yīng)用市場(chǎng)上占有主導(dǎo)地位。賽迪顧問數(shù)據(jù)顯示，2023年，中國組串式逆變器新增裝機(jī)量為186.9GW，占整體逆變器市場(chǎng)的75.1%。隨著組串式逆變器的技術(shù)成熟，成本逐步下降，未來市場(chǎng)份額將會(huì)持續(xù)攀升，預(yù)計(jì)到2026年，中國組串式逆變器市場(chǎng)規(guī)模將接近600GW，市場(chǎng)份額將攀升至79%。

組串式逆變器又分為單相組串式逆變器和三相組串式逆變器，主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇，比如民用選擇單相，工業(yè)應(yīng)用選擇三相，功率在1.5kW到250kW不等。組串式逆變器是根據(jù)逆變器的額定輸入電壓，來將相應(yīng)數(shù)量的光伏電池板串聯(lián)成組串，再通過組串式逆變器并入電網(wǎng)。逆變器的DC-DC部分具備最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）功能，確保光伏電池板在各自的最大功率點(diǎn)上運(yùn)行。

一般來說，組串式逆變器是由兩級(jí)電源轉(zhuǎn)換組成，采用無變壓器或非隔離變壓器設(shè)計(jì)，在DC-DC部分將可變的直流電壓轉(zhuǎn)換為固定直流電壓，同時(shí)通過最大功率點(diǎn)追蹤功能從光伏電池板上獲得最大電流；另一部分是DC-AC，在這個(gè)階段再將直流電源轉(zhuǎn)換為兼容電網(wǎng)的交流電源。

為什么需要MPPT？由于光伏電池板的輸出功率并不是固定的，受到輻照度、溫度等外界環(huán)境的影響。比如輻照度降低，光伏電池板輸出功率降低；溫度升高，光伏電池板輸出功率也會(huì)降低。與此同時(shí)，光伏電池板的輸出電壓和電流，是遵循電流-電壓特性曲線和功率-電壓曲線的，因此如果需要逆變器盡可能工作在最大輸出功率點(diǎn)，就要直流電壓運(yùn)行在相應(yīng)的電壓上。

所以MPPT實(shí)際上是為了時(shí)刻保證光伏電池板輸出功率，利用DC-DC通過實(shí)施MPPT算法來動(dòng)態(tài)調(diào)整其輸入阻抗，以匹配太陽能電池板的輸出阻抗，從而讓系統(tǒng)始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)附近。

DC-DC通過集成上述一種或多種MPPT算法，使用MCU等運(yùn)行MPPT算法，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的電壓、電流等參數(shù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)自身的轉(zhuǎn)換比，使太陽能電池板始終處于最佳工作狀態(tài)，從而最大化能量收集效率。當(dāng)前的光伏逆變器中DC-DC還會(huì)結(jié)合更多先進(jìn)的傳感器技術(shù)和通信技術(shù)來提高M(jìn)PPT的性能和可靠性。

另外，功率器件作為DC-DC轉(zhuǎn)換器中最核心的部分之一，功率器件關(guān)系到DC-DC的轉(zhuǎn)換效率，以及支持的輸入電壓。在一個(gè)光伏逆變器的芯片方案中，還包括柵極驅(qū)動(dòng)器、MCU、電流傳感器、無線模塊等多種部件。

組串式逆變器方案，功率更大、密度更高

對(duì)于光伏系統(tǒng)而言，電能轉(zhuǎn)換效率是由逆變器的功率決定的，目前在組串逆變器中，單個(gè)逆變器的功率正在不斷提高，光伏系統(tǒng)的功率密度和效率也在伴隨逆變器功率提高而提高。

與此同時(shí)，為了更高效地管理光伏系統(tǒng)，以及提高光伏發(fā)電效率，智能化也成為了逆變器的發(fā)展趨勢(shì)，包括會(huì)有更多聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、智能調(diào)控等功能。

我們可以看到，隨著功率密度和轉(zhuǎn)換效率的要求越來越高，多家廠商推出的新逆變器方案中都加入了碳化硅分立器件或是碳化硅功率模塊，以替換過去的硅MOSFET和IGBT。

在很多成熟方案中，我們已經(jīng)可以看到碳化硅二極管在光伏逆變器中被廣泛應(yīng)用。由于在大功率產(chǎn)品中，IGBT在處理大電流時(shí)有一定優(yōu)勢(shì)，且對(duì)開關(guān)速度要求不高，成本上具備優(yōu)勢(shì)。如果完全版切換碳化硅MOSFET需要對(duì)系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)，會(huì)帶來極高的成本問題。而碳化硅二極管，相比于硅基快恢復(fù)二極管FRD而言幾乎沒有開關(guān)損耗，所以采用硅IGBT+碳化硅二極管的方案能有效提升效率，且不需要對(duì)系統(tǒng)電路進(jìn)行太大改動(dòng)，成本上更具優(yōu)勢(shì)。

不過碳化硅依然是未來光伏逆變器的大趨勢(shì)。比如英飛凌、ST、安森美、瑞薩等，目前都提供了基于硅基MOSFET、IGBT，碳化硅MOSFET、碳化硅模塊等多種方案。

比如安森美目前在高電壓等級(jí)光伏逆變器方案中，主推EliteSiC 1200V MOSFET、第七代溝槽型場(chǎng)截止1200V IGBT、半橋全 SiC 集成功率模塊等。同時(shí)提供隔離柵極驅(qū)動(dòng)器、接口芯片等產(chǎn)品。

英飛凌針對(duì)不同電壓等級(jí)的光伏陣列，提供CoolSiC MOSFET、IGBT、CoolSiC肖特基二極管、Easy1B/2B系列功率模塊、EiceDriver系列柵極驅(qū)動(dòng)芯片、控制MCU等產(chǎn)品。

碳化硅器件在高壓場(chǎng)景中相比IGBT更具優(yōu)勢(shì)，在光伏逆變器中使用可簡化系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無需多電平轉(zhuǎn)換器，且能夠降低系統(tǒng)損耗。同時(shí)開關(guān)速度更快，使得系統(tǒng)中無源器件尺寸減小，提高了逆變器的功率密度。

組串式逆變器為了實(shí)現(xiàn)更大功率，還需要提高母線電壓，1500V替代1100V也已經(jīng)成為趨勢(shì)，而高壓的引入，進(jìn)一步推動(dòng)了碳化硅器件在組串逆變器中的應(yīng)用。

小結(jié)：

組串式逆變器的市場(chǎng)占有率越來越高，而需求上對(duì)于組串逆變器單機(jī)的功率要求也越來越高，從碳化硅二極管的引入開始，碳化硅在組串逆變器中的應(yīng)用也將會(huì)變得越來越普遍。