太阳能并网发电系统对半导体器件的需求分析

　　给太阳能逆变器选择微控制器的原则包括：低的成本目标以满足大量部署的需求;小的形状因子;齐全的控制功能;与各个微型逆变器的控制器实现数据交换的能力;强大的并行运算能力;与模拟器件如电流和电压传感器接口，以实现系统峰值功率实时监测的能力;内置A/D转换器;太阳能接地漏电流检测能力;对太阳能电池板转向电机进行控制的能力。

　　用于太阳能逆变器的功率器件

　　在太阳能逆变器的设计中，常用的IGBT分别为平面型IGBT和沟道型IGBT。在平面型IGBT中，多晶硅栅极是呈“平面”分布或者相对于p+体区是水平分布的。在沟道型IGBT中，多晶硅栅极是以“沟道方式向下”进入p+体区。这种结构有一个优点，就是可以减小通道对电子流的阻力并消除电流拥挤现象，因为此时电子垂直地在通道中流过。在平面型IGBT中，电子以某种角度进入通道，引起电流拥挤，从而增加电子流的阻力。在沟道型IGBT中，电子流的增强使Vce(on)大幅度降低。

　　除了降低Vce(on)外，通过将IGBT改成更薄的结构可以降低开关能量。结构越薄则空穴-电子复合速度就越快，这降低了IGBT关断时的拖尾电流。为保持相同的耐击穿电压能力，在沟道型IGBT内构造了一个n场阻止层，以便在IGBT上的电压增大时，阻止电场到达集电极区域。这样实现的更低的传导能量和开关能量允许逆变器的尺寸更小，或者相同尺寸逆变器的功率密度更大。

　　在太阳能发电系统中太阳能电池板需要串联或并联工作，太阳能模块产生的直流电压在几百伏的数量级，如600V或1200V。上述最新的IGBT技术使得针对20kHz开关应用的最新一代600V沟道型IGBT得以实现。以IR公司采用全桥拓扑构建的500W直流/交流逆变器演示板为例，通过测量所降低功耗表明，采用新型经优化的沟道型IGBT器件，可使散热片温度降低16%。功耗的降低使IGBT的效率比前一代IGBT器件提高了近30%。

　　一般来说，在直流/交流逆变器系统设计中，选择IGBT器件的基本准则是提高转换效率、降低系统散热片的尺寸、提高相同电路板上的电流密度。目前，市场上多家公司提供用于太阳能逆变器的功率器件，其中，包括IR、英飞凌、ST、飞兆半导体、Vishay、Microsemi、东芝等公司。

　　典型的并网发电系统

　　尽管太阳能资源是无穷尽的，每秒钟到达地球表面的太阳光能量高达80万千瓦，但是，由于太阳光辐射密度太低，导致太阳能电池的转换效率非常低，所以，提升把太阳能电池收集的直流电转化为交流电的太阳能逆变器的效率，对于提升太阳能发电效率就显得至关重要。高效率且具有成本效益的逆变器成为评定太阳能发电系统优劣的关键指标。未来的发展关键以及竞争的焦点在于提高光电转换效率。