采用SiC提高住宅太陽能系統性能

預計在未來五年，住宅太陽能系統的數量將大幅增長。太陽能系統能為家庭提供清潔和綠色的能源，用于為家用電器供電，為電動汽車充電，甚至將多余的電力輸送至電網。有了太陽能系統，即使發生電網故障，也不用擔心。本篇博客介紹了住宅太陽能系統的主要組成部分，并建議采用安森美 (onsemi) 的電源方案方案來提高太陽能系統的效率、可靠性和成本優勢。

住宅太陽能逆變器系統概述

住宅太陽能逆變器系統中包括了產生可變直流電壓的光伏面板陣列。升壓轉換器使用“最大功率點跟蹤”(MPPT) 方法（根據陽光的強度和方向優化能量采集），將可變直流電壓提升到更高的直流鏈路電壓。然后，單相 DC/AC 逆變器將直流鏈路電壓（通常 < 600 VDC）轉換為交流電壓（120 至 240 V），然后連接到負載或電網。

住宅太陽能逆變器類型多樣，但最常見的兩種是微型逆變器和組串式逆變器。微型逆變器太陽能系統使用多個 DC/AC 逆變器，每個逆變器連接到一個光伏面板，通常可產生高達 1 kW 的輸出功率。組串式逆變器系統將來自多個并行的光伏面板的輸入相結合。然而，連接幾個太陽能電池板的組串式逆變器的效率不如微型逆變器系統，因為如果其中一個面板接收的光比串聯的其他面板少，則整個系統輸出都會受到影響。但成本會比每個面板都配備一個逆變器的微型逆變器系統便宜。

圖 1：微型逆變器系統（左）和組串式逆變器系統（右）的框圖

功率優化器（集成 MPPT 的 DC?DC 轉換器）有助于提高組串式逆變器系統的效率。它將光伏面板的可變直流電壓轉換為固定直流電壓，使得單個面板的低光伏輸出不會影響整體效率。

電池儲能系統

電池儲能系統 (BESS) 對住宅太陽能系統至關重要。大多數情況下，能量的采集發生在用電需求最低的時候，即白天人們不在家時。使用電池儲存能量，就可以在需要時（晚上人們在家時）靈活用電。雙向轉換器將 BESS 連接到太陽能系統。白天，當光伏面板發電時，轉換器為電池組充電。晚上，當面板不發電時，雙向轉換器會將電池中儲存的能量釋放出來，用于驅動負載。

圖 2：連接到太陽能系統的電池儲能系統 (BESS)

DC?DC 升壓變換器

單升壓 DC-DC 變換器是住宅系統中最常見的非隔離拓撲結構，而反激式變換器常用于需要隔離的情況。這兩種拓撲結構成本較低，并且外形小巧。

DC-AC 變換器

逆變器可以使用多種拓撲結構構建，例如采用安森美 NXH75M65L4Q1 H6.5 IGBT 模塊的逆變器。該設計不需要變壓器，降低了整個系統的重量、尺寸和成本。該拓撲結構解決了由共模 (CM) 電壓作用于光伏陣列的寄生電容引起的漏電流問題。

圖 3：H6.5 拓撲結構適用于住宅太陽能逆變器

雙向 DC?DC 變換器

雙向 DC-DC 變換器對儲能系統中的電池進行充電和放電。這通常使用諧振 CLLC 或雙有源橋或者搭配簡單的buck-boost隔離拓撲結構。它支持廣泛的輸入和輸出電壓，并使用零電壓開關 (ZVS) 來提高效率。此外還將通過電池組與光伏面板隔離來保障安全性。

用于太陽能系統的 IGBT

安森美提供用于住宅太陽能系統的 600 V 和 650 V IGBT。這些 IGBT 采用了窄臺面、寬溝槽 Field Stop 4 (FS4) 技術，提供閂鎖抗擾度和更小的柵極電容。場截止層能夠提高耐壓能力并且減少漂移層厚度，反過來也可以減少導通和開關損耗至

圖 4：用于太陽能系統的安森美功率半導體

碳化硅進一步提高了住宅太陽能系統的性能

碳化硅 (SiC) 器件能夠給住宅太陽能系統帶來更小尺寸的逆變器，同時提供比硅基器件更好的性能。安森美650 V EliteSiC 分立 MOSFET 在不同VGS 和溫度上都具有低 RDS(ON)，我們建議使用負柵極電壓來驅動，這不僅提高了抗噪性能，也避免了在橋式拓撲結構中使用時的導通錯誤。

圖 5：SiC 器件可以提高住宅太陽能逆變器的性能

加速工程師設計住宅太陽能系統

安森美提供廣泛的產品和工具組合，有助于簡化太陽能系統的組件選擇，包括 SECO?HVDCDC1362?40 W?GEVB 40 W SiC 高壓輔助電源等參考設計。其中包括加快產品開發所需的各種資源（用戶手冊、物料清單、Gerber 文件等）。安森美還可為希望執行更進階的系統評估和開發的系統設計者提供 SPICE 模型。