光伏＋储能市场井喷式增长，光储核心元器件向高频低损升级

来源:电子发烧友网发布时间:2023-03-08629浏览

电子发烧友网报道（文/李宁远）光伏发电是近几年来能源发展的方向，不过光伏发电还不能作为一种独立的能源形式满足各种能源需求，必须和储能、传统能源相互协调、融合发展。“光伏＋储能”就是现在非常火热的一种能源发展形式。

“光伏＋储能”模式里，光伏逆变器和储能变流器是两大核心基础设施，这里面有很多核心元器件，包括变压器、滤波线圈、PFC电感、功率电感、电流互感器等等，这些核心磁性元器件都处于高功率密度、宽温、高频、低损的发展趋势中。

不同光储场景中的核心元器件

以一个整体的户用光伏架构来看光储一体化，光伏板发出的直流电通过MPPT升压，部分存入储能电池，部分通过逆变器发电上网或自用。升压部分DC侧会用到电流互感器，主变压器。第二大块DC逆变部分在AC侧也会用到电流互感器以及一些共模或者差模电感，不过目前也有差共模一体结构集成技术，在差模信号控制上更优。主控部分主要涉及一些功能电感和EP变压器。
如果分得更细一些，组串式逆变器和储能逆变器在核心元器件上基本上没有什么差别，不过微型逆变器则多了一个PQ变压器，这种变压器结构紧密、功率大，有着高频特性，PQ形状设计优化了磁芯体积、表面积和绕组绕制面积之间的比率，用最小的磁芯提供了最大的电感量和最大化的绕制面积。
在储能BMS这类应用里，则有着大量共模电感和功率电感的应用。还有一类比较少提及的应用，比如功率优化器，这种应用里有着大量的功率电感和射频电感，同时对磁珠有着大量需求。
光伏逆变过程中储能、升压、滤波、消除 EMI等功能需要磁性元件，包括EMC滤波电感、Boost升压电感、逆变电感、高低频隔离变压器、驱动变压器等等。根据固德威数据，电感在光伏逆变器原材料成本中占比约13%，磁性元件在光伏、储能的发展带动下的确也在快速增长。

元器件升级提高微型逆变与组串式逆变效率

在微型逆变器经典的500W反激式电路拓扑架构中，主要涉及PQ主变压器、互感器、差模电感和共模电感四大类磁性器件，如果有辅助电源部分则是有辅源变压器。第一大类元器件主变压器这边主要实现隔离和升压这样的一个功能，第二大类元器件电流互感器基本上在直流侧和交流侧都会有用到，主要实现电流取样、隔离这样的功能。差模或共模电感主要是完成EMC滤波。
主变压器元器件直接决定电路的整体转换效率，目前行业内厂商在这一方向上都是在往宽频宽温低损上去做，比如顺络自研的磁材在这些性能上取得了不少突破，能使得电路整体转换效率达到97%以上。
在电流互感上，目前看重的是更小的自然间隙，更小的细线绕组和更高的耐压，比较考验厂商的工艺积累。从目前国内头部厂商的用例来看，国内目前做电流互感容易出现产品平整度不标准的问题，导致返工，在这一块还需要时间去积累升级。
组串式逆变架构一般功率都很高，因此电感部分以大功率的功率电感为主，在主变压器部分会用到一些LLC平面变压器。共模电感部分目前大部分终端设计以两极式架构为主。PCB平面变压器是未来的一个发展方向，能够很好满足组串式逆变和储能逆变中的大电流需求。
为了提升逆变器的效率，越来越多的设计开始使用功率优化器，功率优化器实质上就是一个DCDC转换电路，因此需要的磁性器件也是走大电流、高耐压路线。
另外，在储能BMS里也涉及非常多的变压器或者磁性元件的利用，大型储能系统电压等级高，需要多串AFE级联，有很多需要使用变压器或者磁性元件进行隔离通信的地方。此外，一体成型功率电感在饱和电流、DCR上的优势，也让其成了光储大功率场合里备受欢迎的常客。
随着功率密度的提升，频率的拔高，光储应用对核心元器件的散热要求也越来越高。提升散热是很多元器件厂商目前主推的一个新的产品方向。