2013年前，在地面電站使用集中式逆變器，分布式小電站使用組串式逆變器，隨著組串式逆變器功率越做越大，大型地面電站也開(kāi)始使用組串式逆變器， 有關(guān)兩種方案的爭(zhēng)論也一直沒(méi)有停過(guò)，兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，集中式逆變器優(yōu)勢(shì)中功率器件少，可靠性高，缺點(diǎn)是MPPT數(shù)量少，電壓范圍窄；組串式逆變器優(yōu)勢(shì)是MPPT數(shù)量多，電壓范圍寬，缺點(diǎn)是功率器件多，可靠性低。

功率開(kāi)關(guān)器件是逆變器最核心的器件之一，承擔(dān)電流的轉(zhuǎn)換工作，長(zhǎng)時(shí)間工作在高溫，高電壓，大電流狀態(tài)，是逆變器最容易出故障的器件，每一個(gè)功率器件就是一個(gè)故障點(diǎn)。光伏逆變器中的功率開(kāi)關(guān)器件主要是指分立器件功率MOSFET和功率模塊IGBT。早期的中功率組串式逆變器，一般采取分立器件，由于功率MOSFET電流都比較少，一般都采取多個(gè)器件并聯(lián)的方式。50KW逆變器采用分立器件來(lái)設(shè)計(jì)，需要60多個(gè)，這么多開(kāi)關(guān)器件堆在一起，會(huì)產(chǎn)生一系列的問(wèn)題。如均流，電磁干擾等等。

大家都知道，功率開(kāi)關(guān)管的失效模式是過(guò)壓，過(guò)溫，過(guò)流。分立元器件由于器件多，元器件之間距離比較遠(yuǎn)，所以電路雜散電感大，造成工作時(shí)尖峰電壓高，元器件容易出現(xiàn)過(guò)壓損壞；多個(gè)元器件并聯(lián)，阻抗不一致，每一個(gè)元器件電流就不一樣，阻抗低的元器件電流大，很容易過(guò)流；分立器件單端固定，接觸面積小，散熱很難保持一致，很容易過(guò)溫。

早期的采用分立元器件的中功率組串式逆變器，在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)多故障，讓人們對(duì)中功率組串式逆變器的前程提出了懷疑。不過(guò)直到Vincotech和infineon先后推出了包含多個(gè)元器件的功率模塊改變了這一現(xiàn)狀。

下面中Vincotech專為中功率組串式逆變器推出的IGBT功率模塊，前級(jí)升壓采用雙Boost功率模塊，由2個(gè)IGBT和4個(gè)二極管組成，包含boost模塊的開(kāi)關(guān)器件和二極管外，還包含跨接二極管。電壓為1200V，電流為50A，一個(gè)模塊相當(dāng)于8個(gè)分立器件。模塊具有很高的靈活性。由于把大功率的Boost電路一分為二，它在得到Boost電路的升壓、高效優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)選擇雙Boost電路的并聯(lián)方式（直接并聯(lián)、交錯(cuò)正向并聯(lián)、交錯(cuò)反向并聯(lián)）和占空比的大小，可以取得理想的雙Boost電路紋波和減少磁性元器件體積。


后級(jí)采用高效MNPC三電平IGBT模塊，由4個(gè)50-80A的IGBT組成，一個(gè)模塊相當(dāng)于8個(gè)分立器件。采用中點(diǎn)鉗位型的T型三電平結(jié)構(gòu)，損耗低效率高，元器件承受的電壓低，壽命長(zhǎng)。


相對(duì)于MOSFET，IGBT飽和壓降低，容易實(shí)現(xiàn)高壓、大電流化，在中大功率逆變器占主導(dǎo)地位。而IGBT模塊比分立的IGBT單管具有更高的可靠性和安全工作區(qū)。光伏逆變器前級(jí)采用雙BOOST升壓的IGBT功率模塊，后級(jí)采用三電平IGBT功率模塊，是目前中功率光伏逆變器最佳的方案。

（1）減少功率器件的個(gè)數(shù)，50KW采用功率器件來(lái)設(shè)計(jì)只要5個(gè)，數(shù)量比同規(guī)格的集中式逆變器還少，而采用分立器件來(lái)設(shè)計(jì)，前級(jí)升壓需要15個(gè)，后級(jí)三電平逆變需要48個(gè)。整體面積縮小30%以上，可以提高整機(jī)功率密度。

（2）單個(gè)功率模塊的安裝面積比分立元器件散熱面積大，在安裝上也有很多優(yōu)勢(shì)，雙端緊固，一體化專用夾具，相對(duì)于分立器件單端固定，接觸面積更大，應(yīng)力更小，可靠性更好。功率模塊內(nèi)部集成一個(gè)溫度感應(yīng)器，測(cè)量精度高，能更準(zhǔn)確地檢測(cè)器件結(jié)溫，有利于過(guò)熱保護(hù)。

（3）IGBT和母線電容連接導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生雜散電感，在IGBT關(guān)斷的過(guò)程中，由于電流快速變化，在IGBT上產(chǎn)生電壓尖峰，會(huì)造成嚴(yán)重的電磁干擾，增大器件電壓應(yīng)力。寄生電感會(huì)隨著電流的增加、連接導(dǎo)線尺寸增大、距離增長(zhǎng)而增大。功率模塊結(jié)構(gòu)緊湊，各功率開(kāi)關(guān)器件之間連接線很短，可以減少電路中的雜散電感，提高逆變器的可靠性。

（4）1200V 的IGBT和1200V的SIC二極管相結(jié)合，開(kāi)關(guān)頻率更高，可以提高效率，減少電感的容量。

（5）相對(duì)于分立器件，功率模塊不足之處是單位面積熱耗大，整體散熱面積小，功率在30KW以上如果采用自然冷卻的方式散熱，在環(huán)境溫度高于40度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。但采用強(qiáng)制風(fēng)冷的方式散熱，就可以完全避免這個(gè)問(wèn)題。

總結(jié)：采用功率模塊和母線薄膜電容的組串式逆變器，兼具了集中式逆變器功率器件數(shù)量少，薄膜電容壽命長(zhǎng)，整體可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，和組串式逆變器MPPT電壓范圍寬路數(shù)多、逆變器體積小重量輕搬運(yùn)安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。因此說(shuō)功率模塊的出現(xiàn)，在新技術(shù)出現(xiàn)之前，可以讓組串式逆變器和集中式逆變器之間的路線之爭(zhēng)暫時(shí)告一段落。

古瑞瓦特2016年下半年推出的Growatt 30000TL3-S到Growatt 50000TL3-S中功率系列逆變器，全部采用功率模塊和母線薄膜電容，配置組串檢測(cè)，熔絲保護(hù)，交直流防雷模塊，防PID模塊和AFCI模塊。經(jīng)過(guò)近半年的應(yīng)用，得到了客戶的高度評(píng)價(jià)。