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光伏+儲能市場井噴式增長,光儲核心元器件向高頻低損升級

Robot Vision ? 來源:電子發(fā)燒友網 ? 作者:Sisyphus ? 2023-03-08 01:22 ? 次閱讀
電子發(fā)燒友網報道(文/李寧遠)光伏發(fā)電是近幾年來能源發(fā)展的方向,不過光伏發(fā)電還不能作為一種獨立的能源形式滿足各種能源需求,必須和儲能、傳統(tǒng)能源相互協(xié)調、融合發(fā)展。“光伏+儲能”就是現在非常火熱的一種能源發(fā)展形式。

“光伏+儲能”模式里,光伏逆變器和儲能變流器是兩大核心基礎設施,這里面有很多核心元器件,包括變壓器、濾波線圈、PFC電感、功率電感電流互感器等等,這些核心磁性元器件都處于高功率密度、寬溫、高頻、低損的發(fā)展趨勢中。

不同光儲場景中的核心元器件

以一個整體的戶用光伏架構來看光儲一體化,光伏板發(fā)出的直流電通過MPPT升壓,部分存入儲能電池,部分通過逆變器發(fā)電上網或自用。升壓部分DC側會用到電流互感器,主變壓器。第二大塊DC逆變部分在AC側也會用到電流互感器以及一些共模或者差模電感,不過目前也有差共模一體結構集成技術,在差模信號控制上更優(yōu)。主控部分主要涉及一些功能電感和EP變壓器。

如果分得更細一些,組串式逆變器和儲能逆變器在核心元器件上基本上沒有什么差別,不過微型逆變器則多了一個PQ變壓器,這種變壓器結構緊密、功率大,有著高頻特性,PQ形狀設計優(yōu)化了磁芯體積、表面積和繞組繞制面積之間的比率,用最小的磁芯提供了最大的電感量和最大化的繞制面積。

在儲能BMS這類應用里,則有著大量共模電感和功率電感的應用。還有一類比較少提及的應用,比如功率優(yōu)化器,這種應用里有著大量的功率電感和射頻電感,同時對磁珠有著大量需求。

光伏逆變過程中儲能、升壓、濾波、消除 EMI等功能需要磁性元件,包括EMC濾波電感、Boost升壓電感、逆變電感、高低頻隔離變壓器、驅動變壓器等等。根據固德威數據,電感在光伏逆變器原材料成本中占比約13%,磁性元件在光伏、儲能的發(fā)展帶動下的確也在快速增長。

元器件升級提高微型逆變與組串式逆變效率

在微型逆變器經典的500W反激式電路拓撲架構中,主要涉及PQ主變壓器、互感器、差模電感和共模電感四大類磁性器件,如果有輔助電源部分則是有輔源變壓器。第一大類元器件主變壓器這邊主要實現隔離和升壓這樣的一個功能,第二大類元器件電流互感器基本上在直流側和交流側都會有用到,主要實現電流取樣、隔離這樣的功能。差模或共模電感主要是完成EMC濾波。

主變壓器元器件直接決定電路的整體轉換效率,目前行業(yè)內廠商在這一方向上都是在往寬頻寬溫低損上去做,比如順絡自研的磁材在這些性能上取得了不少突破,能使得電路整體轉換效率達到97%以上。

在電流互感上,目前看重的是更小的自然間隙,更小的細線繞組和更高的耐壓,比較考驗廠商的工藝積累。從目前國內頭部廠商的用例來看,國內目前做電流互感容易出現產品平整度不標準的問題,導致返工,在這一塊還需要時間去積累升級。

組串式逆變架構一般功率都很高,因此電感部分以大功率的功率電感為主,在主變壓器部分會用到一些LLC平面變壓器。共模電感部分目前大部分終端設計以兩極式架構為主。PCB平面變壓器是未來的一個發(fā)展方向,能夠很好滿足組串式逆變和儲能逆變中的大電流需求。

為了提升逆變器的效率,越來越多的設計開始使用功率優(yōu)化器,功率優(yōu)化器實質上就是一個DCDC轉換電路,因此需要的磁性器件也是走大電流、高耐壓路線。

另外,在儲能BMS里也涉及非常多的變壓器或者磁性元件的利用,大型儲能系統(tǒng)電壓等級高,需要多串AFE級聯,有很多需要使用變壓器或者磁性元件進行隔離通信的地方。此外,一體成型功率電感在飽和電流、DCR上的優(yōu)勢,也讓其成了光儲大功率場合里備受歡迎的常客。

隨著功率密度的提升,頻率的拔高,光儲應用對核心元器件的散熱要求也越來越高。提升散熱是很多元器件廠商目前主推的一個新的產品方向。

小結

從國內市場來看,目前有部分光儲逆變元件已經擺脫了進口依賴,在光儲市場井噴式增長的背景下,核心元器件的需求持續(xù)被拉高,這也促進了國內光儲核心元器件的產能擴張,越來越多的磁性元件廠商紛紛切入光儲賽道。

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