“三高一降”光伏储能系统趋势及其模拟芯片解决方案

随着全球能源需求的增长和环保意识的提高，可再生能源，尤其是光储系统得到了日益广泛的应用。光储系统，又称太阳能光伏储能发电系统，由光伏设备和储能设备组成，用于发电和能量存储。在这些系统中，模拟芯片的应用和解决方案对于提升系统效率、降低成本以及增强可靠性至关重要。本文将简要介绍光储系统的基本运作原理，以及光储系统在高压化发展趋势下，模拟芯片的机会及纳芯微解决方案。

1）光储系统概述

上图是一个典型的光储系统框图。系统功能的实现从左到右分别是：光伏电池板的直流输出，经过AFCI电弧故障保护后，进入到MPPT（最大功率点追踪）DC-DC电路实现前级电压抬升；经过逆变电路转化为交流电，以单相或者三相电输出并网。最上方电路为电池储能系统，通过一个双向DC-DC模块，完成电池的储电和放电。下方为MCU 和基于ARM的控制电路，在低压侧实现系统通信与控制。

为保障系统安全可靠运行，系统中需要很多隔离器件，如数字隔离器，隔离驱动，隔离采样与隔离接口等，来实现低压侧控制电路和高压侧电源电路之间的强弱电隔离与信号传输。纳芯微可提供基于电容隔离技术的丰富隔离产品组合，以及SiC二极管和SiC MOSFET、传感器、非隔离驱动、接口、通用电源、通用运放等诸多产品，覆盖光伏逆变器、储能变流器、光伏阵列/优化器和储能电池/BMS等多个领域，为光储应用提供高可靠性的系统级解决方案。

2）光储系统的发展趋势及模拟芯片机会

1. 高能效和高功率密度

随着光储系统功率密度和能源转换效率的不断提升，电源系统开关频率、开关损耗和散热性能都需要满足更高的指标要求。纳芯微可以提供支持1200V电压的SiC二极管、SiC MOSFET产品；以及带米勒钳位功能的隔离驱动芯片NSI6801M（避免功率器件误导通）和带DESAT保护功能（过流时保护功率器件不被损坏）的NSI68515，以更好地适配第三代半导体和高开关频率系统，为大功率光伏逆变器产品的安全稳定运行保驾护航。

2. 高压化

系统功率密度的提升带来的母线电压高压化趋势，使系统内关键部件面临更为严苛的性能挑战，尤其是实现强弱电隔离的隔离芯片。传统隔离方案通常采用光耦隔离技术，虽然其市场成熟度高，但存在抗共模干扰能力差、传输速度慢、光衰等问题，越来越无法满足光储系统的要求。相对于传统光耦隔离方案，纳芯微的产品采用双边增强隔离电容技术，并采用自有专利Adaptive OOK?信号编码技术，在隔离耐压能力、传输速度、抗干扰能力、工作温度和寿命等方面优势明显，可满足光储高压系统对芯片性能的严格要求。

值得一提的是，纳芯微推出超宽体封装的数字隔离器和单管隔离驱动，单颗芯片提供15mm爬电距离，完全符合客户1500V高压母线需求。纳芯微隔离产品已在行业头部客户的光储系统中广泛、稳定应用，累计发货量过亿颗，得到了市场的充分验证及客户认可。

3. 降本

为更好支持光储系统持续降本的要求，纳芯微在提升产品集成度和性价比上也在持续投入。以霍尔电流传感器为例，纳芯微能够提供芯片级的霍尔电流检测方案，基于霍尔效应产生霍尔电压进行输入和输出侧的电流检测。在系统的PV 侧、 MPPT 侧和 AC 侧的多个电流采样点，传统的霍尔电流传感器模组方案不仅占板面积大，成本也高。纳芯微推出贴片式的霍尔电流方案，单芯片集成方案实现了更优的成本效益，且减少了约50%的占板面积，最高通流能力可达200A。该系列产品支持不同的封装耐压、通流能力和响应速度，可覆盖光储系统各个位置的电流检测需求。

降本还意味着芯片需要有更多的功能组合，纳芯微隔离产品系列基于领先的电容隔离技术，可进一步集成驱动、采样、接口、电源等多种组合，且通过设计迭代不断提高产品竞争力，为客户持续提供高竞争力的整体芯片解决方案。

3）总结

面对光储系统高集成度、高功率密度、高可靠性和低成本的趋势和要求，对于纳芯微等芯片厂商而言，核心任务是适配应用的需求，提供功率密度更高、抗干扰能力更强，且能兼顾降本的产品方案。纳芯微致力于提供完善的产品组合，满足客户多样化的需求，助力客户提升系统竞争力。

审核编辑 黄宇