“三高一降”，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)趨勢(shì)及其模擬芯片解決方案

隨著全球能源需求的增長(zhǎng)和環(huán)保意識(shí)的提高，可再生能源，尤其是光儲(chǔ)系統(tǒng)得到了日益廣泛的應(yīng)用。光儲(chǔ)系統(tǒng)，又稱太陽(yáng)能光伏儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，由光伏設(shè)備和儲(chǔ)能設(shè)備組成，用于發(fā)電和能量存儲(chǔ)。在這些系統(tǒng)中，模擬芯片的應(yīng)用和解決方案對(duì)于提升系統(tǒng)效率、降低成本以及增強(qiáng)可靠性至關(guān)重要。本文將簡(jiǎn)要介紹光儲(chǔ)系統(tǒng)的基本運(yùn)作原理，以及光儲(chǔ)系統(tǒng)在高壓化發(fā)展趨勢(shì)下，模擬芯片的機(jī)會(huì)及納芯微解決方案。

1）光儲(chǔ)系統(tǒng)概述

上圖是一個(gè)典型的光儲(chǔ)系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)從左到右分別是：光伏電池板的直流輸出，經(jīng)過(guò)AFCI電弧故障保護(hù)后，進(jìn)入到MPPT（最大功率點(diǎn)追蹤）DC-DC電路實(shí)現(xiàn)前級(jí)電壓抬升；經(jīng)過(guò)逆變電路轉(zhuǎn)化為交流電，以單相或者三相電輸出并網(wǎng)。最上方電路為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過(guò)一個(gè)雙向DC-DC模塊，完成電池的儲(chǔ)電和放電。下方為MCU 和基于ARM的控制電路，在低壓側(cè)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)通信與控制。

為保障系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，系統(tǒng)中需要很多隔離器件，如數(shù)字隔離器，隔離驅(qū)動(dòng)，隔離采樣與隔離接口等，來(lái)實(shí)現(xiàn)低壓側(cè)控制電路和高壓側(cè)電源電路之間的強(qiáng)弱電隔離與信號(hào)傳輸。納芯微可提供基于電容隔離技術(shù)的豐富隔離產(chǎn)品組合，以及SiC二極管和SiC MOSFET、傳感器、非隔離驅(qū)動(dòng)、接口、通用電源、通用運(yùn)放等諸多產(chǎn)品，覆蓋光伏逆變器、儲(chǔ)能變流器、光伏陣列/優(yōu)化器和儲(chǔ)能電池/BMS等多個(gè)領(lǐng)域，為光儲(chǔ)應(yīng)用提供高可靠性的系統(tǒng)級(jí)解決方案。

2）光儲(chǔ)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)及模擬芯片機(jī)會(huì)

1. 高能效和高功率密度

隨著光儲(chǔ)系統(tǒng)功率密度和能源轉(zhuǎn)換效率的不斷提升，電源系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率、開(kāi)關(guān)損耗和散熱性能都需要滿足更高的指標(biāo)要求。納芯微可以提供支持1200V電壓的SiC二極管、SiC MOSFET產(chǎn)品；以及帶米勒鉗位功能的隔離驅(qū)動(dòng)芯片NSI6801M（避免功率器件誤導(dǎo)通）和帶DESAT保護(hù)功能（過(guò)流時(shí)保護(hù)功率器件不被損壞）的NSI68515，以更好地適配第三代半導(dǎo)體和高開(kāi)關(guān)頻率系統(tǒng)，為大功率光伏逆變器產(chǎn)品的安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

2. 高壓化

系統(tǒng)功率密度的提升帶來(lái)的母線電壓高壓化趨勢(shì)，使系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵部件面臨更為嚴(yán)苛的性能挑戰(zhàn)，尤其是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電隔離的隔離芯片。傳統(tǒng)隔離方案通常采用光耦隔離技術(shù)，雖然其市場(chǎng)成熟度高，但存在抗共模干擾能力差、傳輸速度慢、光衰等問(wèn)題，越來(lái)越無(wú)法滿足光儲(chǔ)系統(tǒng)的要求。相對(duì)于傳統(tǒng)光耦隔離方案，納芯微的產(chǎn)品采用雙邊增強(qiáng)隔離電容技術(shù)，并采用自有專利Adaptive OOK?信號(hào)編碼技術(shù)，在隔離耐壓能力、傳輸速度、抗干擾能力、工作溫度和壽命等方面優(yōu)勢(shì)明顯，可滿足光儲(chǔ)高壓系統(tǒng)對(duì)芯片性能的嚴(yán)格要求。

值得一提的是，納芯微推出超寬體封裝的數(shù)字隔離器和單管隔離驅(qū)動(dòng)，單顆芯片提供15mm爬電距離，完全符合客戶1500V高壓母線需求。納芯微隔離產(chǎn)品已在行業(yè)頭部客戶的光儲(chǔ)系統(tǒng)中廣泛、穩(wěn)定應(yīng)用，累計(jì)發(fā)貨量過(guò)億顆，得到了市場(chǎng)的充分驗(yàn)證及客戶認(rèn)可。

3. 降本

為更好支持光儲(chǔ)系統(tǒng)持續(xù)降本的要求，納芯微在提升產(chǎn)品集成度和性價(jià)比上也在持續(xù)投入。以霍爾電流傳感器為例，納芯微能夠提供芯片級(jí)的霍爾電流檢測(cè)方案，基于霍爾效應(yīng)產(chǎn)生霍爾電壓進(jìn)行輸入和輸出側(cè)的電流檢測(cè)。在系統(tǒng)的PV 側(cè)、 MPPT 側(cè)和 AC 側(cè)的多個(gè)電流采樣點(diǎn)，傳統(tǒng)的霍爾電流傳感器模組方案不僅占板面積大，成本也高。納芯微推出貼片式的霍爾電流方案，單芯片集成方案實(shí)現(xiàn)了更優(yōu)的成本效益，且減少了約50%的占板面積，最高通流能力可達(dá)200A。該系列產(chǎn)品支持不同的封裝耐壓、通流能力和響應(yīng)速度，可覆蓋光儲(chǔ)系統(tǒng)各個(gè)位置的電流檢測(cè)需求。

降本還意味著芯片需要有更多的功能組合，納芯微隔離產(chǎn)品系列基于領(lǐng)先的電容隔離技術(shù)，可進(jìn)一步集成驅(qū)動(dòng)、采樣、接口、電源等多種組合，且通過(guò)設(shè)計(jì)迭代不斷提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，為客戶持續(xù)提供高競(jìng)爭(zhēng)力的整體芯片解決方案。

3）總結(jié)

面對(duì)光儲(chǔ)系統(tǒng)高集成度、高功率密度、高可靠性和低成本的趨勢(shì)和要求，對(duì)于納芯微等芯片廠商而言，核心任務(wù)是適配應(yīng)用的需求，提供功率密度更高、抗干擾能力更強(qiáng)，且能兼顧降本的產(chǎn)品方案。納芯微致力于提供完善的產(chǎn)品組合，滿足客戶多樣化的需求，助力客戶提升系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)力。