光伏逆变器的发展趋势

太阳能光伏发电具有周期性的特点，是可再生能源领域的关键组成部分，在经历了2012年欧洲对我国的双反调查和2018年的“531新政”等多次市场和政策波动后，仍展现出持续的发展活力。光伏逆变器在光伏发电系统中扮演着至关重要的角色，其技术进步和创新是推动光伏发电行业向前发展的关键因素之一。

21世纪初，德国等发达国家通过政府补贴等措施支持光伏发电，推动了光伏装机量的增长，使欧洲一度成为光伏发电的领先地区。中国自2009年起陆续推出“金太阳示范工程”和“光伏领跑者计划”等专项政策扶持光伏发电产业，有效促进了国内光伏装机量的快速增长，且自2015年起连续多年保持世界第一。

据国家能源局数据，截至2023年11月底，我国光伏发电累计装机规模已达5.58亿千瓦，可再生能源发电总装机达到14.5亿千瓦，占全国发电总装机超过50%，历史性超过火电装机，这标志着光伏发电逐渐由辅助能源向主力能源的转变。

为应对光伏发电的天然间歇性和波动性，储能系统的整合成为保证电网稳定性的关键。在此过程中，光伏逆变器在转换能量和协调储能系统等方面发挥着重要作用，同时，功率半导体作为电能转换和控制的核心，对提高系统效率和稳定性具有至关重要的影响。为加强与产业链上下游企业交流合作，欢迎加入艾邦IGBT/SiC功率半导体产业链交流群，扫描以下二维码即可加入产业链微信群及通讯录。

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何为光伏逆变器

光伏逆变器是光伏发电系统中的核心部件。光伏发电将太阳能直接转化为电能，逆变器将直流电（DC）转化为交流电（AC），光伏逆变器将光伏组件发出的直流电转化为交流电，因此又称电源调整器。光伏逆变器内部主要由升压回路和逆变桥式回路构成，利用晶体管等开关元件的重复开关动作实现电流类型的转换，这个转换过程对于保证电能稳定输出至关重要。

图源：光伏电力知识库

此外，它不仅确保了电流的有效转换，还通过集成的智能功能如主动运行和停机、最大功率点跟踪（MPPT）以及防孤岛效应等，优化了整个系统的性能和安全性。因此，在光伏发电系统中，逆变器既是电力转换的“心脏”，也是整个系统运行的“大脑”，有效保障了光伏发电系统的稳定性和效率。

光伏逆变器的分类

光伏逆变器可以根据不同的标准进行分类，常见的分类方法是根据连接方式分为并网型逆变器和离网型逆变器；根据技术结构分为集中式、串联式、集散式和微型逆变器等，这种分类也是业界主流方法。不同功率段对应不同形式的逆变器对应不同的场景，其各自主要特点如下表所示。

表：光伏逆变器的类型

特性/机型	集中式逆变器	组串式逆变器	集散式逆变器	微型逆变器
产品示意图
最大功率跟踪对应组件数量	多	少	少	单个组件
功率拓扑	单逆变	MPPT升压+逆变	MPPT升压+逆变	MPPT升压+逆变
最大功率跟踪电压范围	窄	宽	宽	宽
功率等级	500kW--5MW	2--400kW	500kW--5MW	0.2--2kW
发电效率	一般	高	高	高
安装占地	机房或集装箱	不需要	不需要	不需要

资料来源：林众电子

集散式逆变器是近两年兴起的一个新型概念，它巧妙地结合了集中式逆变器的逆变部分和组串式逆变器的升压部分，采用与这两种逆变器相同的功率半导体方案；微型逆变器主要采用中低压MOSFET和一些小功率IGBT，适用于功率较低的应用场景。

在选择功率器件时，模块化或中到大功率产品通常是主流，因此我们特别关注集中式和组串式逆变器两种形式：集中式逆变器适合于大规模光伏电站，优势在于高功率容量和经济效益；而组串式逆变器则因其对单独光伏组件的优化而受到青睐，特别适用于中小规模的光伏系统。在过去十年中，集中式光伏逆变器和组串式逆变器经历了显著的发展和优化，发展趋势分别如下所示：

1.  集中式逆变器发展趋势

● 单机功率逐步提升：单机功率等级从500kW逐步提升至1.25MW-->2.5MV-->3.125MW-->4.4MW，单瓦成本降低

● 直流母线电压提升：主流机型从1100V直流母线电压提升至1500V，降低直流线缆成本

● 电路拓扑创新：从传统两电平发展成普遍采用三电平拓扑

● 功率半导体模块方案：有逆集成化趋势，逐步从使用高端的黑模块切换到更为普通的白模块，成本和供应链更好

● 防护等级提升：逐步从IP20/IP23发展到IP65，从必须要安装在室内或集装箱内到室外机型

● 光储融合：支持储能接口

图源：林众电子

2.  组串式逆变器发展趋势

● 单机功率逐步提升：功率等级从最大30kW逐步提升至50kW-->100kW-->200kW-->300+kW，单瓦成本降低

● 直流母线电压提升：主流机型从1100V直流母线电压提升至1500V，降低直流线缆成本

● 功率半导体器件方案：先进硅器件650V 第五代IGBT，950V第七代IGBT芯片迅速普及应用；SiC器件，主要是SiC SBD大量应用；

● 功率半导体封装方案：100kW以下功率等级有逆集成化趋势，大量使用单管并联方案代替功率模块，国产单管替代渗透率提高；1500V系统功率等级均为100kW以上，继续以功率模块方案为主，国产渗透率较低。

图源：林众电子

功率半导体在光伏逆变器中的应用发展

功率半导体作为电能转换和电路控制的核心组件，在光伏逆变器中扮演着至关重要的角色，负责整流、分流、逆变、稳压、变频、功率控制等多种功能。随着全球对可再生能源的关注和中国“双控”及“双碳”政策的推动，光伏产品的国际市场份额不断扩大，功率半导体也被广泛应用于光伏逆变器领域。

在光伏逆变器中，硅基IGBT仍然是主流的功率半导体器件，特别是在集中式逆变器中，几乎都采用IGBT+FRD的全硅器件方案，对SiC MOSFET需求不大。这主要是由于光伏逆变器经常工作在高负载条件下，SiC MOSFET在大电流和高结温下的导通压降增长幅度大，使其效率优势不如IGBT显著。

对于组串式逆变器，IGBT+SiC SBD混合方案成为主流，它结合了IGBT的高效率和SiC的低损耗特性，特别适用于中小功率应用。同时，组串式MPPT（最大功率点跟踪）升压电路中，少量方案采用SiC MOSFET，以进一步提升效率和系统稳定性。

在封装形式上，集中式逆变器通常采用功率模块，以满足大规模发电系统的需要；而组串式逆变器则根据功率等级，中小功率机型多采用功率单管，中大功率机型则倾向于使用功率模块。

总体而言，功率半导体在光伏逆变器应用中的角色日益重要，随着技术的不断革新，其在提升光伏逆变器的效率、可靠性与整体性能方面发挥着关键作用。通过功率半导体技术的持续优化，光伏逆变器正朝向更高效、经济及环保的方向发展，这进一步推动了全球向清洁能源转型的进程。

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部分内容参考 林众电子 

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会议议题

序号	拟定议题	拟邀请
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8	高温SOI技术与宽禁带材料结合的前景	拟邀请芯片技术专家
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14	超声波焊接技术在功率模块封装的应用优势	拟邀请超声波焊接企业
15	IGBT/SiC封装的散热解决方案与系统设计	拟邀请散热基板企业
16	全自动化模块封装测试智能工厂	拟邀请自动化企业
17	新一代功率半导体器件的可靠性挑战	拟邀请测试技术专家
18	功率半导体器件在高温高压环境下的性能与适应性	拟邀请检测设备企业
19	碳化硅（SiC）在电动汽车中的应用与前景	拟邀请SiC功率器件企业
20	新能源领域对功率器件的挑战及应对解决方案	拟邀请光伏功率器件专家

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报名方式

方式1：请加微信并发名片报名

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原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：光伏逆变器的发展趋势