装机量激增30%背后：纳芯微全链路创新护航光伏高质量发展

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）清洁、可再生、资源分布广泛，这些特征优势让光伏在全球新能源领域的重要性日益凸显。它不仅是实现碳中和目标的关键路径之一，随着成本持续下降和技术进步，也已成为全球能源结构转型的核心支柱。根据 IEA（International Energy Agency）的统计数据，2024 年全球新增光伏装机容量超过 550GW，同比增长近 30%；其中，中国新增光伏装机容量为 277GW，占全球新增光伏装机总量的 65%。

在光伏系统中，半导体技术的价值在于确保系统高效、稳定地将太阳能转换为电能，并实现能量的存储与分配，贯穿发电、转换、储能、监控、通信等每一个环节。作为一家高性能高可靠性模拟及混合信号芯片公司，纳芯微的产品矩阵覆盖光伏逆变器系统几乎所有功能模块，且在客户实际产品中得到了系统级应用的检验。纳芯微技术专家徐文哲表示：“提供全栈式解决方案是纳芯微布局光伏市场的第一阶段，在此基础上，公司携手客户开展系统级与器件级的深度联合创新，并以稳健的供应链战略与韧性保障为支撑，助力客户技术突破、赋能全球光伏产业高质量发展。”

光伏市场洞察与系统构成

目前，光伏是全球新能源发电市场的主流，其增长趋势持续推动可再生能源渗透率上升，并将传统能源在能源结构中的占比压至历史低位。欧洲光伏产业协会（SolarPower Europe）在《全球光伏市场展望 2025-2029》报告中指出，从全球电力结构来看，光伏在过去三年中几乎实现市场份额翻番，达到全球电力装机总量的 7%。

徐文哲透露：“纳芯微作为光伏芯片的核心供应商，已与多家光伏客户达成深度合作。鉴于客户对系统级降本的强烈需求，纳芯微不断创新，持续推出适应客户系统需求的产品，助力客户提升系统竞争力。此外，在深耕国内市场的基础上，纳芯微也积极与光伏客户共同开拓海外市场。面向海外不同地区的不同法规要求，纳芯微充分发挥产品和技术多元化的优势，可提供不同组合的解决方案来适配客户的各种需求。”

从能量环节来看，光伏发电主要由光伏板、功率与电子系统和电网 / 负载三个部分构成。作为系统中枢，功率与电子系统负责将光伏板产生的直流电转换为可用形式，并实现能量的高效管理。

随着系统集成度提升，光伏逆变器已经成为功率与电子系统的核心载体，其硬件结构通常由 DC-DC（升压 / MPPT）和 DC-AC（逆变）两个核心环节组成。MPPT 是光伏逆变器特有的重要功能，通过将光伏板的工作状态控制在最大功率点处，能够在同等的光照条件下获得更多的电能。

另外，光储一体机是当下热门产品。不过，其系统结构和光伏逆变器基本一致，仅仅是在光伏逆变器基础上，增加了一个用于与电池传递能量的双向DC-DC模块，以及与电池包进行通信的接口。

光伏逆变器市场格局和发展趋势

光伏系统主要有以下三种类型的逆变器：

• 微型逆变器（Micro Inverter）：每个光伏组件配备一个独立的微型逆变器，呈现光伏板：MPPT 功能：逆变功能为 1:1:1 的配置。
• 组串式逆变器（String Inverter）：多个光伏组件串联成组串，接入一台逆变器，一个逆变环节可能对应多个光伏串的 MPPT。
• 集中式逆变器（Central Inverter）：多组光伏组串并联后接入一台逆变器，要么仅有一个 MPPT，要么不设置 MPPT。

图源：纳芯微

不难看出，从微型到组串再到集中式逆变器，光伏板的控制精细化程度逐渐降低，适用于不同场景：户用领域通常选用微型和组串式逆变器；商业类、工商储场景多采用组串式逆变器；大型发电站则根据实际情况，选择组串式或集中式逆变器。从功率的角度来看，户用领域通常采用 50 千瓦以下的组串式逆变器，1 千瓦以下则以微型逆变器更常见；工商类发电场景多使用 8 千瓦至 150 千瓦的组串式逆变器；大型光伏电站会使用高达 300 千瓦至 350 千瓦的组串逆变器设备，而集中式逆变器单体功率可达兆瓦级。

由于单位功率成本低于微型逆变器，且能够打造多路 MPPT 以适应不同朝向、倾角的组串配置，并易于扩容，组串式逆变器已经成为市场占比最高的逆变器。据 GMS（Global Market Insights）和 CPIA 数据显示，组串式系统在全球所有光伏逆变器系统中占比达 65%，在中国更是高达 80%。

从不同应用场景的实际案例来看，户用、工商类和大型光伏逆变器接入的光伏串数量差异明显，分别为 4 串、20 串和 30 串左右，呈递增趋势，但每个逆变器中的 MPPT DC-DC 上的串数变化不大。随着逆变器功率的提升，每个 MPPT DC-DC 的功率值也相应增加，从大约 3 千瓦增加到 20 千瓦，甚至在大型应用中可达 30-50 千瓦。另外，户用场景使用 2 个 MPPT，工商和大型场景中 MPPT 数量最多可达 16 个，MPPT 数量越多，对半导体产品的需求也就越大。

如果从 MPPT DC-DC 以及逆变 DC-AC 的核心拓扑角度分析，不同拓扑会导致功率器件数量差异，进而影响功率器件和驱动数量的选择。两电平和三电平拓扑的博弈就非常典型，许多产品采用三电平拓扑以降低单个器件的应力与损耗，现有的 DC-AC 逆变环节采用三电平拓扑结构的功率器件驱动路数可达到 12 路到 18 路。不过，三电平拓扑使系统更为复杂，得益于 SiC 碳化硅器件低开关损耗和高耐压的优势，有些光伏逆变器产品选择回归两电平拓扑，以简化电路、减小系统体积。

此外，还有一个关键因素不容忽视，即光伏逆变器系统的母线电压在持续攀升。原因主要有两点：其一是光伏板能力不断增强，输出能力和转化率持续提升，电压更高、功率更大的光伏板不断涌现；其二是根据功率公式（功率 = 电压 × 电流），假设功率不变，电压升高意味着电流减小，从而降低了整个导线上的损耗，也可降低导线成本，这与中国高压电网系统降低损耗的做法相契合。

徐文哲指出：“随着光伏逆变器母线电压提升，光伏逆变器客户将面临新的设计挑战。比如，绝缘需求增大，系统整体的爬电距离就需要提升，而常规爬电距离的芯片往往难以满足安全标准；同时，安规方面也会提出更高的要求，需要性能更强的隔离器件；此外，电压提升还会导致系统内 EMI 问题更加突出，这一指标很难量化，纳芯微在积极配合客户在实际案例中做测试。”

解读纳芯微完整光伏产品矩阵

光伏逆变器的市场容量和系统结构决定了，其对半导体器件有着积极巨大的带动作用，系统内功率、控制、感知、通信、电源及保护等功能单元均是以半导体器件为基石。

徐文哲表示：“纳芯微的产品矩阵已经覆盖光伏逆变器系统几乎所有功能模块。纳芯微不仅为光伏逆变器提供性能领先的半导体器件，也提供完整的系统级解决方案与系统级 demo，可以从系统角度更好帮助客户进行方案设计与开发，帮助他们提升开发效率，提高系统级竞争力。”

纳芯微组串式光伏逆变器产品布局，图源：纳芯微

系统控制

在系统控制环节，纳芯微 NSSine™系列实时控制 MCU 是极具市场竞争力的产品，已有三款工规版本产品 NS800RT5039、NS800RT5049 和 NS800RT3025 进入量产阶段，可精准实现光伏逆变器 MPPT 控制、储能系统双向 DC/AC 转换以及电池管理系统（BMS）的精准监测，提升能源转换效率与系统稳定性。其 Cortex M7 内核，配合自研的 eMath 浮点数学运算加速核能够高效运行 MPPT 算法；100 皮秒的 PWM 控制，能够充分发挥宽禁带半导体器件的性能优势。

纳芯微 NSSine™系列实时控制 MCU 采用全国产供应链，充分保障系统供应链安全。和目前市场主流实时 MCU 相比，不仅在性价比上具有优势，还针对应用做了专门的性能与外设适配，适用于光伏逆变器等实时控制场景，帮助光伏客户应对严苛的成本挑战，并实现系统产品力提升。目前，该产品已导入多个主要光伏逆变器客户。

功率与驱动

功率与驱动是光伏逆变器能量转换功能的核心，主要需要功率器件与对应的栅极驱动器。

在功率器件方面，纳芯微已布局 1200V SiC 二极管与 MOSFET 产品 ——NPD0x0N120A 为 1200V SiC 肖特基二极管，提供 10A、20A、30A、40A 多种电流规格，在单 / 三相 PFC、隔离 / 非隔离 DC-DC 中具备高效率表现；NPC0x0N120A 为 1200V SiC MOSFET，具备优异的 R (DSon) 温度稳定性、高速开关能力及可靠性，覆盖 80mΩ、60mΩ、40mΩ、22mΩ 等规格，满足高压、高性能、高可靠性应用需求。

在栅极驱动器方面，纳芯微单通道隔离驱动 NSI6601/NSI6601M，光耦兼容的隔离单管驱动 NSI6801/NSI6801M 是隔离式单通道栅极驱动器。其中，纳芯微 NSI6801 提供多种驱动能力输出的版本，最大支持到 5A 驱动输出，简化外围电路设计；采用双电容增强隔离技术，可以 PIN to PIN 兼容光耦隔离驱动，并提供更强的隔离性能；依托纳芯微独特的 AdaptiveOOK® 编码技术，可将 CMTI 提升至 200kV/μs。NSI6801 是目前纳芯微在光储市场应用最广泛、出货量最大的驱动产品，累计出货已超 3 亿颗。

此外，纳芯微的隔离驱动系列产品还有带米勒钳位功能的 NSI6801M 和带 DESAT 保护功能的 NSI68515，能更好适配第三代半导体 SiC 的应用，提升大功率光伏逆变器产品的可靠性。

采样电路

采样确保了系统正确、安全运行，主要涉及各类电流、电压采样与信号调理电路，纳芯微提供的方案包括但不限于：

• 霍尔电流传感器如 NSM201X 系列，基于霍尔效应，支持最高达 ±200A 的隔离电流测量，并提供多种封装与带宽配置，可广泛应用于光伏系统的不同环节，包括组串式逆变器 DC 侧 MPPT 控制及逆变电流检测等多种场景。
• 隔离放大器如 NSI1400，采用电容隔离技术，实现输入输出完全隔离，适用于高压环境下的分流电阻式电流采样。
• 电压采样如 NSI1312x 系列，提供高达 5000Vrms 的隔离能力，具备低温漂、高精度等优异特性。其代表产品 NSI1312S 还提供单端输出，能够直接连接 MCU 的 ADC 接口，无需外置运放，兼顾系统性能与成本优化。
• 信号调理如 NSOPA 系列通用运算放大器，广泛应用于电压、电流与温度等信号的放大与滤波，提升系统整体精度与抗干扰能力。
• 温度检测如 NST235 系列，具备 ±2.5℃以内的高精度，其 AB 类输出驱动器可直驱高达 1000pF 电容负载，方便与 ADC 接口对接，是热敏电阻的理想替代方案。

通信与接口

通信与接口电路实现系统与外部设备信息交互，纳芯微提供两类解决方案：非隔离通信芯片搭配数字隔离器，以及集成隔离的通信接口产品。

在非隔离通信器件方面，纳芯微提供 CAN 收发器 NCA1042B、NCA1043（B）和 RS485 收发器 NCA3176，可搭配数字隔离器使用，适应多种设计需求。在集成隔离器件方面，纳芯微提供隔离 CAN 收发器 NSI1042、NSI1050，以及隔离 RS485 收发器 NSI83085、NSI83086、NSIP83086；纳芯微最新推出的集成隔离电源的 CAN/RS485 收发器 NSIP9042/NSIP93086，通过将数字隔离器、隔离电源、通信接口三合一，显著降低 PCB 面积。

另外，作为配套隔离器件，纳芯微推出的 NSI824x 系列四通道数字隔离器已通过 UL1577 安全认证，具备多种绝缘耐压等级（3kVrms、3.75kVrms、5kVrms 与 8kVrms）。

电源管理

电源管理通过反激、Buck、LDO 等电路，将高电压转化为控制与采样等系统可以接受的电压，确保整个系统的正常运行。纳芯微提供多款高性能电源方案，覆盖从主控供电到接口待机等各类需求。其中，NSR284x 系列电流模式 PWM 控制器适用于反激拓扑，具备出色的稳定性与效率。NSR10A01 系列异步降压转换器输入电压范围达 9V–100V，特别适用于 48V 电池系统，在光伏储能应用中表现优异。

保护与其他

绝缘检测是光伏系统中的一个重要保护功能，通过检测光伏逆变器系统的对地绝缘电阻，确保系统处于安全运行状态。纳芯微全新推出的 NSI7258 固态继电器芯片，采用 SiC MOS，耐压和雪崩电流大，且漏电流小，可帮助光伏逆变器更好实现绝缘检测功能。纳芯微也提供电压基准芯片与电压监控芯片，保障系统正常、精确运行。

“随着光伏逆变器市场趋于成熟，单纯的器件价格降低带来的竞争力收益逐渐接近边际，纳芯微基于系统级别的洞察，推出多款系统级高价值产品，从多方面帮助客户提升竞争力。”徐文哲补充道。