太陽照射地球每6個小時產(chǎn)生的能量就足以滿足全球整整一年的能源需求,。憑借這筆免費的巨額綠色財富,，光伏（PV）技術(shù)毅然成為了環(huán)保運動的象征。然而，光伏/太陽能這種未來能源雖已問世三十余載,，其產(chǎn)量卻不到世界能源產(chǎn)量的0.5％,。
 



將太陽能從新興能源轉(zhuǎn)變?yōu)橹髁髂茉疵媾R著多方面的機(jī)遇和挑戰(zhàn),。盡管來自太陽光照的能量巨大無比,，但限于設(shè)備轉(zhuǎn)換費用昂貴以及轉(zhuǎn)換效率仍有待提高等原因,，使太陽能光伏成為免費商品的路還很漫長，而利用半導(dǎo)體來管理轉(zhuǎn)換系統(tǒng)則能夠很容易地解決這個問題,。目前,，光伏能的發(fā)展在很大程度上取決于激勵機(jī)制、政策主張和“小額貸款”的資本投資模式,。然而,，太陽能光伏總有一天會與化石燃料在價格上持平，這一點毫無疑問,。從系統(tǒng)角度來看,，大規(guī)模部署太陽能裝置會改變能源配送的模式，因為這將會涉及諸多因素,，如電網(wǎng)運行,、負(fù)載處理以及其他實際問題。這意味著光伏能的推廣應(yīng)用正處于或已經(jīng)接近它的轉(zhuǎn)折點,，而半導(dǎo)體技術(shù)的最新發(fā)展恰恰具有推動這種轉(zhuǎn)變的潛力,。

當(dāng)今最先進(jìn)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)是由一套相對簡單的元組件構(gòu)成。當(dāng)一切如期運行時,，其轉(zhuǎn)換效率約為10-15％,。一系列廣泛的數(shù)字及高性能混合信號（HPMS）半導(dǎo)體技術(shù)正在構(gòu)成全新的系統(tǒng)架構(gòu)。這些新架構(gòu)在設(shè)計上得到了優(yōu)化以調(diào)節(jié)環(huán)境變化所造成的效率下降,，同時通過監(jiān)測和糾正各元組件的運行特點來優(yōu)化系統(tǒng)的功率,。

安裝能夠向電網(wǎng)傳遞更多功率的太陽能系統(tǒng)極為重要。原因有二：首先,，生成但不傳遞到電網(wǎng)的太陽能光伏并不會帶來消費利益,；其次，通過提高運行效率每節(jié)省一千瓦時（kWh）的能量,，就相當(dāng)于減少向大氣層釋放新安裝的太陽能面板每kWh產(chǎn)生的二氧化碳排放量,。
 



恩智浦半導(dǎo)體一直通過開發(fā)軟件和硬件技術(shù)致力于提高能源轉(zhuǎn)換效率,。此外，恩智浦還在繼續(xù)研究用于應(yīng)對太陽能面板所經(jīng)歷環(huán)境變化的運算法則,，以及光伏模塊本身的特質(zhì),。

恩智浦還供應(yīng)各種超低功耗的微控制器、驅(qū)動器,、MOSFET以及其它元件,，以滿足太陽能技術(shù)發(fā)展的需求,，而較競爭技術(shù),，太陽能技術(shù)可提供更高的性能和效率。

能源流失1：環(huán)境影響

通常,，人們非常關(guān)注光伏電池在能源轉(zhuǎn)換能力上的提升,，這主要是因為一個典型的商用光伏電池的效率仍然有限，僅為10-20％（取決于電池技術(shù)）,。然而,，整個系統(tǒng)的最終效率更為重要，而它會受到諸多常見因素的影響,，如陰影在面板上的不均勻分布,，或是樹葉,、灰塵或鳥糞等外物落在面板上。

在當(dāng)今的大部分系統(tǒng)架構(gòu)中,，串聯(lián)的太陽能面板構(gòu)成了系統(tǒng)的基本能量采集部分,，每塊面板產(chǎn)生約30伏的額定直流電壓。由于面板處于串聯(lián)狀態(tài),，它們的電壓會加總起來,。一個典型的配置可能有10塊面板，每塊產(chǎn)生30伏電壓,，因此總電壓為300伏左右,。在某些系統(tǒng)中，這個電壓被存儲到電池里并經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)換成交流電或直接作為直流電使用,。在絕大多數(shù)的住宅和太陽能農(nóng)場配置中均忽略使用電池,，而是經(jīng)逆變器輸出交流電并直接連到電網(wǎng)。

這里存在一個關(guān)鍵性的假設(shè),，既所有面板均以同樣的效率運作。然而事實并非如此,。首先,，生產(chǎn)上的差異會導(dǎo)致面板內(nèi)的光伏電池在電流產(chǎn)量上略有不同。更重要的是陰影和污垢等環(huán)境因素,。部分變臟、有陰影的面板或失效的光伏電池都無法采集盡可能多的光照,，因此產(chǎn)生的能量較少、電流較低,。電池/面板之間的差異導(dǎo)致系統(tǒng)的輸出功率顯著減少。如果一塊面板有10％的面積受陰影遮蔽,，那么整塊面板的輸出功率將減少30％以上。

能源流失2：信息不足

光伏電池的轉(zhuǎn)換效率取決于一系列變量,，其中包括光照強(qiáng)度,、電池的溫度、工作點以及電池的理論峰值效率,。只要了解這些變量,，就可以確定整個太陽能面板的最佳工作點。我們可用傳感器,、微控制器和其他集成電路來監(jiān)測和調(diào)節(jié)工作電壓——最容易受系統(tǒng)設(shè)計師控制的變量,，并在一定的條件下獲得大于10-15％的能量增益。這只是信息與通信技術(shù)如何提高光伏發(fā)電效率的其中一個范例,。此外,，它還可以添加額外功能，如提高安全水平,、簡化安裝,、使維護(hù)更輕松便捷等。

光伏發(fā)電行業(yè)方興未已,，最具成本效益和節(jié)能高效的太陽能系統(tǒng)架構(gòu)尚未成型,。分布式電源管理系統(tǒng)似乎已為業(yè)界所認(rèn)可。然而,，一個首要問題是,，究竟是讓能源以直流電壓的形式在系統(tǒng)中傳輸，還是采用微型變流技術(shù)將每塊面板的輸出從直流電轉(zhuǎn)換成交流電,，兩者孰優(yōu),？無論系統(tǒng)架構(gòu)如何競爭，恩智浦都已蓄勢待發(fā),，準(zhǔn)備引領(lǐng)潮流,。

在這兩種提高光伏發(fā)電效率的獨特方法中,，優(yōu)化設(shè)計和提高半導(dǎo)體性能尤為重要，而恩智浦在這些方面都已做出了重大貢獻(xiàn),。公司最近推出了MPT612,，一種專門執(zhí)行最大功率點跟蹤（MPPT）功能的低功耗集成電路，能夠優(yōu)化太陽能應(yīng)用的電力提取效率,。以電池充電為例,，當(dāng)MPT612在運行恩智浦即將獲得專利的MPPT算法時，它從一塊太陽能面板提取的能量比傳統(tǒng)的控制器要高出30％以上,。

以設(shè)計和性能取勝

在設(shè)計領(lǐng)域,，恩智浦用于面板的直流/直流轉(zhuǎn)換器是一項重大創(chuàng)新。恩智浦“Delta轉(zhuǎn)換器”均衡了太陽能面板之間的電壓差,。市場上的其他解決方案是處理光伏面板產(chǎn)生的所有功率,，而恩智浦Delta轉(zhuǎn)換器是通過能量交換原理將相鄰面板之間的電壓差進(jìn)行平均分配,。當(dāng)不存在電壓差異時,，轉(zhuǎn)換器處于非活動狀態(tài)。這種產(chǎn)品的優(yōu)點包括轉(zhuǎn)換過程中耗能較低,，以及由于轉(zhuǎn)換器不會持續(xù)工作而具有更高的可靠性,。

恩智浦憑借其在高可靠性電子產(chǎn)品和高電壓半導(dǎo)體領(lǐng)域的多年經(jīng)驗，已經(jīng)開發(fā)并且正在開發(fā)一系列具有推動太陽能行業(yè)發(fā)展?jié)摿Φ陌雽?dǎo)體產(chǎn)品：

執(zhí)行最大功率點跟蹤的微控制器,；

用于面板間通信的無線和電力線通信芯片,；

直流/交流轉(zhuǎn)換器的高壓驅(qū)動器，直流/直流轉(zhuǎn)換器的低壓驅(qū)動器,；

控制器,、功率MOSFETs以及用于直流/直流和直流/交流轉(zhuǎn)換器的高壓和低壓驅(qū)動器,；

創(chuàng)新的通道功能二極管,；

氮化鎵MOSFETs，可執(zhí)行高頻轉(zhuǎn)換且傳導(dǎo)和切換損耗非常有限,，因此比傳統(tǒng)的基于IGBT的電源解決方案更省電,；

這些創(chuàng)新產(chǎn)品是恩智浦幾十年來致力于開發(fā)高性能混合信號技術(shù)的結(jié)晶?？偠灾?，高性能混合信號結(jié)合了模擬和數(shù)字技術(shù)，為設(shè)計工程師們開發(fā)未來十年內(nèi)占主導(dǎo)地位的產(chǎn)品帶來了多重選擇,。

深入實質(zhì)

半導(dǎo)體工藝技術(shù)使得設(shè)計高性能混合信號芯片成為可能,。恩智浦有三項工藝與太陽能系統(tǒng)架構(gòu)有關(guān)：EZ-HV工藝，生產(chǎn)可在700伏電壓下運行的小型設(shè)備,；ABCD9和CO50PMU工藝,，為電流轉(zhuǎn)換應(yīng)用領(lǐng)域制定了高達(dá)120伏的新性能基準(zhǔn),，并將推出卓越的直流/直流轉(zhuǎn)換器；以及之前提到的氮化鎵工藝,，可生產(chǎn)傳導(dǎo)和切換損耗極低的功率MOSFET.

通過整合由高性能混合信號（HPMS）設(shè)計及工藝技術(shù)開發(fā)出的芯片和設(shè)備,，將大幅提高太陽能面板的效率，縮短經(jīng)濟(jì)盈虧平衡時間,，而太陽能光伏也將作為住宅和工業(yè)應(yīng)用中常見的替代能源被廣為接受,。