科士达杜成瑞博士：先进光伏逆变技术发展展望-北极星太阳能光伏网

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深圳科士达科技股份有限公司的杜成瑞博士：开始简单与大家介绍科士达光伏产品线，与大家一起探讨单相和三项逆变器的先进技术以及案例分享。：

科士达的光伏逆变产品在2009年进入，截止去年年底光伏逆变器累计出货量超过10GW，主流的逆变器市场占有率15%。截止到现在光伏逆变器出货量超过16GW。提供的解决方案是市场上逆变器的解决方案提供最完整的公司。针对组串式的逆变器有单相和三相的，八千到60千瓦，直流1500伏的系统有80-180千瓦。针对更大功率的等级有室内机、集装箱式的逆变房，容量可以覆盖一兆瓦到四兆瓦。为了提供更加方便的安装和逆变器与生压一体机集成了生压电。我们有400V和800V的汇流箱，有1000V和1500V的直流汇流箱。国家电网推出了光伏逆变器的AAA认证，检测电压穿越和电能质量等众多项目，科士达是首家在组串式逆变器通过认证的企业，标志着我们已经完全具备未来的大功能并网的要求。

对于单相逆变技术的理解和努力。目前单相逆变器主要应用场景有居民户用、户级扶贫、小型商用屋顶和小型车棚。目前客户对逆变器最核心的需求，高发电量，因为发电量意味着回报。高发电量对应就是要有高效率，主要分为两部分，一部分是组件的效率，一部分是逆变器。科士达主要专注做逆变器，关心的是逆变器的效率，低体积和重量，在逆变器的安装要花一定的成本，当逆变器体积和重量大的时候，安装难度比较高，要求我们做高功率密度的逆变器。对不同的产品，希望它的价格尽量合理，需要我们不能太复杂的拓扑，复杂的拓扑意味着要有更多的开发器件，成本会明显的上升。目前更多的还是需要用一些常规的器件，用好的材料做到高效率，成本比较高。

从需求分析逆变器的组成。逆变器可以分为两部分，半导体开关网络和滤波器。半导体的开光网络，光伏组件发过来是直流电，通过半导体开关网络进行高频的切换变成高频的调制波，通过滤波器把高频调制波里的高频成分去除掉，得到了纯净的交流电可以发到电网上或供逆变器使用。我们知道经过第一个网络半导体开关网络会产生一定损耗，我们叫做开发损耗。经过第二部分的滤波器又会有损耗，电能在这两部分会流失掉一部分。开关网络的损耗在整个的损耗里占主要的位置，如果损耗高对应逆变器的效率会下降。我们希望减少它的体积，提高它的功率密度。滤波器的体积占比较大的部分，因为它主要都是一些电容等组成。提高逆变器的效率，首先要减少半导体开关网络的损耗和减少滤波器体积。

传统逆变器遇到的瓶颈。开关网络在工作时，开关器件不影响，在每次开和关时，电流和电压都会出现一定的交流的区域。以传统的逆变器来讲，每次开关的时候都会有开通损耗，对应并联的二极管很难恢复损耗；关闭时同样电压电流存在交流面积，会有部分的损耗。损耗与开关的次数成正比，传统的逆变器里希望减少它的体积，我们的方法是提高开关频率。但随着你开关频率的提高，整体的损耗就会增加，整个逆变器的效率就会下降。传统的逆变器想提高效率，又想减少体积是矛盾的。我们采用了软开关逆变器技术，在器件开通时电压和电流是没有交流面积的，这是通过电路的手段来克服器件本身性能上的缺陷。通过软开关以后，那可以完全消除开通时的损耗，以及二极管的很难恢复损耗。并且在开关的时候，可以大大减少关断的损耗。在原有的电路采用相同的器件基础上，可以大幅度地提高开关频率。减少滤波器的体积和重量，兼顾高效和小型化。现在的产品可以完全消除掉开通损耗，完全消除反向恢复损耗，实现全范围的软开关。滤波电感量减少80%，尺寸减少75%，而且实现了业界最高的100KhZ超高开关频率，是主流产品的5倍。刚才介绍传统技术面临瓶颈，小型化和高效率之间是矛盾的关系。我们把逆变器几个关心的指标主要在三个维度。第一个是效率，第二个是价格优势，第三个是功率密度。传统的逆变器效率不算高，功率密度也不算高，最主要的原因就是要平衡效率和体积，两点都没有办法做到极致。唯一的优势就是价格便宜，因为电路的结构比较成熟，器件成本不会特别高。解决方法有几种，采用能宽禁带器件，比现在用的硅基的器件更理想。宽禁带器件成本很高，采用宽禁带器件可以在效率上比较好，功率密度上也可以有提升，但价格会处于非常明显的劣势。目前来说对市场的接受程度会比较有困难。采用多电平技术，开关网络会产生高频的调制波，多电平技术的原理是调制波通过增加多的电平，本身更接近谐波。需要小一点的滤波器就可以得到比较好的正谐波。不增加开关频率的情况下，可以减少滤波器的体积。但带来的问题，为了产生多级的电平需要非常复杂的拓扑和增加显著的器件数量，相当于增加电路的复杂性。它的特性可以归结到右上角的图上。软开关技术，它的拓扑非常简单，与现在常用的拓扑一致，只需要增加简单的辅助电路就可以。它的拓扑简单，成本非常低。右下角的图，它的效率可以完全达到产生宽带器件的效果。我们的开关频率可以做到非常高，那它的功率密度很高，也可以达到采用宽禁带技术的功率密度。它的价格和传统的逆变器是一致的。

三个逆变器技术。三相逆变器目前主要应用在大型的工业屋顶，包括村县级扶贫，鱼光互补、农光互补。对于三相组串式的逆变器，现在市场最核心的需求还是高发电量，市场很多的产品光伏逆变器效率对三相逆变器而言比较高，现在主流的水平都在峰值99%的水平。我们一方面会继续找技术提高它的效率。现在尤其在特殊的地带，比如山地和房屋屋顶，它的安装是急需能够减轻逆变器重量的体积，减少安装的难度。现在很多的房顶逆变器因为比较重，至少需要两个人来抬上去。之前遇到一个案例，科士达做了西藏的项目，它的海拔4000多米以上。这个地方车开不上去都得靠人来扛，60多公斤的逆变器很难安装，需要降低体积和重量。

针对三相的组串式逆变器，第一个方法就是利用多电平加调制改进是目前主流市场的技术。好处是通过多电平可以减少开关动态损耗，减少滤波器需求。效率和体积上可以达到相对平衡的点。采用多电平带来的负面效果是妥协开关静态损耗，采用的电平越多，电流需要的器件数量就会越多，所以静态损耗更高。妥协系统复杂度。系统的复杂度相当于采用的器件更多，它的控制会更加复杂。采用宽禁带器件+软开关技术，大功率设备里宽禁带器件的成本不敏感，可以在其它的维度大幅度降低成本。好处是超高的开关频率和高效率，紧凑尺寸。

我们发现如果采用另外一种调制方式，可以在重载时效率有更多提升。但另外一种DPWM模式，它的效率会低一点。我们采用智能的切换方法，最高的功率点交叉的地方切换不同的调制方式，可以使得效率提升达到0.2%。软开关+宽禁带器件的方法，传统的基础上增加了辅助电路，实现软开关的特性。宽禁带器件以SiC MOSFET为例，它是高耐压、开关损耗比较低、开关速度高，用在高压大电流的场合下也有问题，电磁干扰非常严重。如果不精心设计的话会影响电路正常工作，对设计器件的驱动和PC布局非常苛刻。这是单极性的器件，适合用软开关技术。器件无电导调制，需要精心设计它的拓扑，让导通的损耗降低。利用宽禁带器件的方案以后，它的滤波电感重量可以将到1/7，一个人可以轻松拿起来。

逆变器采用软开关技术是非常好的方式减少成本，也可以显著增加逆变器性能指标的方案。目前科士达逆变器分布全国各地，高海拔、高温、严寒、强风沙等环境，谢谢大家。

（发言为现场速记整理，未经嘉宾审核）

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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