GaN为提高PV逆变器效率带来曙光

在使用太阳能作为可再生能源方面，我们面临着两大主要挑战 – 效率和成本。虽然在过去数年内有了显着改进，但在将阳光转换为电能时，采用当今最新光伏(PV)技术的360 W至400 W太阳能电池板仍然只能达到20%左右的效率。为了提高利用太阳能的整体系统效率，很多工程师在太阳能逆变器设计中改用GaN FET。

在将阳光转换为可用电能时，有三个主要关键，效率在其中扮演了重要角色。其中最重要的是光伏转换本身。太阳能电池板的整体效率受到诸多因素影响，包括电池类型和电池互连，当前最高效的太阳能电池板采用了高纯度单晶硅N型异质结背接触或IBC电池（PV模块效率在20%至22.6%之间）。虽然这一点对于整体效率至关重要，但它并不是Nexperia产品组合发挥作用的领域。

另外两个关键，即最大程度地提高光伏电池功率输出和加强DC/AC逆变效能，这才是我们的专业领域。太阳能逆变器的功率水平主要取决于高压FET和IGBT（绝缘栅双极晶体管）。但是，随着宽带隙半导体（特别是650 V的GaN FET）的推出，这种状况正在迅速改变。GaN FET不仅显着改善整体转换效率，有效降低光电转换成本(LCOE)，还让用户能够更简单地构建体积更小、重量更轻、更可靠的逆变器。

增加住宅安装

对于功率最多5 kW的住宅和小型商用太阳能板，通常使用串联逆变器来进行和电网的相位、电压、频率的同步。它们的设计可能各不相同，取决于输出管理功能是集成在光伏电池中，还是作为逆变器的一部分。GaN器件非常适合在单相串联逆变器中使用。

光伏电池输出管理是决定效率高低的关键，在光伏电池中，温度和总输出阻抗之间的关系非常复杂，产生非线性输出效率。因此，单相串联逆变器通常使用最大功率点追踪器(MPPT)，来最大化光伏电池功率输出。从效率和尺寸的角度来看，GaN FET能够创造最大的价值。

最大化光伏电池功率输出之后，转换器可供屋内电器直接使用，也可以接电池组进行蓄电。尽管IGBT凭借低成本优势主导了DC/AC阶段，但GaN FET可以达到更高的效率，并且缩小线路滤波器体积。它能够合成干净的正弦波，从而大幅减少磁性组件和笨重的散热片。这有助于显着减少逆变器的整体尺寸和总物料成本(BOM)。

单相光伏(PV)串联逆变器

最大程度提高电网效率

当然，在太阳能领域，GaN不仅是在单相串联逆变器中发挥作用。在大型光伏发电厂，这种兆瓦级供电设备中需要数千瓦功率提供给支持电路和控制电路。因此，除了主逆变器电路之外，中央逆变器中还包括5-10 kW的辅助电源，这些辅助电源可能与逆变器输出端的内部变压器完全集成在一起，也可能使用外部单相电源。如同80 PLUS钛金级工业电源和5G电池电源那样，Nexperia的GaN FET提供体积最小、效率最高的不间断运行的电源。

审核编辑：郭婷