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预计在未来五年,住宅太阳能系统的数量将大幅增长。太阳能系统能为家庭提供清洁和绿色的能源,用于为家用电器供电,为电动汽车充电,甚至将多余的电力输送至电网。有了太阳能系统,即使发生电网故障,也不用担心。本文介绍了住宅太阳能系统的主要组成部分,并建议采用安森美 (onsemi) 的电源方案方案来提高太阳能系统的效率、可靠性和成本优势。住宅太阳能逆变器系统概述
住宅太阳能逆变器系统中包括了产生可变直流电压的光伏面板阵列。升压转换器使用“最大功率点跟踪”(MPPT) 方法(根据阳光的强度和方向优化能量采集),将可变直流电压提升到更高的直流链路电压。然后,单相 DC/AC 逆变器将直流链路电压(通常<600VDC)转换为交流电压(120至240V),然后连接到负载或电网。
住宅太阳能逆变器类型多样,但最常见的两种是微型逆变器和组串式逆变器。微型逆变器太阳能系统使用多个DC/AC逆变器,每个逆变器连接到一个光伏面板,通常可产生高达1kW的输出功率。组串式逆变器系统将来自多个并行的光伏面板的输入相结合。然而,连接几个太阳能电池板的组串式逆变器的效率不如微型逆变器系统,因为如果其中一个面板接收的光比串联的其他面板少,则整个系统输出都会受到影响。但成本会比每个面板都配备一个逆变器的微型逆变器系统便宜。
图 1:微型逆变器系统(左)和组串式逆变器系统(右)的框图
功率优化器(集成MPPT的DC−DC转换器)有助于提高组串式逆变器系统的效率。它将光伏面板的可变直流电压转换为固定直流电压,使得单个面板的低光伏输出不会影响整体效率。
电池储能系统
电池储能系统 (BESS)对住宅太阳能系统至关重要。大多数情况下,能量的采集发生在用电需求最低的时候,即白天人们不在家时。使用电池储存能量,就可以在需要时(晚上人们在家时)灵活用电。双向转换器将BESS连接到太阳能系统。白天,当光伏面板发电时,转换器为电池组充电。晚上,当面板不发电时,双向转换器会将电池中储存的能量释放出来,用于驱动负载。
DC−DC升压变换器
单升压DC-DC变换器是住宅系统中最常见的非隔离拓扑结构,而反激式变换器常用于需要隔离的情况。这两种拓扑结构成本较低,并且外形小巧。
DC-AC变换器
逆变器可以使用多种拓扑结构构建,例如采用安森美NXH75M65L4Q1 H6.5 IGBT模块的逆变器。该设计不需要变压器,降低了整个系统的重量、尺寸和成本。该拓扑结构解决了由共模 (CM) 电压作用于光伏阵列的寄生电容引起的漏电流问题。
图 3:H6.5 拓扑结构适用于住宅太阳能逆变器
双向DC−DC变换器
双向DC-DC变换器对储能系统中的电池进行充电和放电。这通常使用谐振CLLC或双有源桥或者搭配简单的buck-boost隔离拓扑结构。它支持广泛的输入和输出电压,并使用零电压开关 (ZVS) 来提高效率。此外还将通过电池组与光伏面板隔离来保障安全性。
用于太阳能系统的IGBT
安森美提供用于住宅太阳能系统的600V和650V IGBT。这些IGBT采用了窄台面、宽沟槽Field Stop 4(FS4) 技术,提供闩锁抗扰度和更小的栅极电容。场截止层能够提高耐压能力并且减少漂移层厚度,反过来也可以减少导通和开关损耗至
图 4:用于太阳能系统的安森美功率半导体
碳化硅进一步提高了住宅太阳能系统的性能
碳化硅 (SiC) 器件能够给住宅太阳能系统带来更小尺寸的逆变器,同时提供比硅基器件更好的性能。安森美650V EliteSiC分立MOSFET在不同VGS和温度上都具有低RDS(ON),我们建议使用负栅极电压来驱动,这不仅提高了抗噪性能,也避免了在桥式拓扑结构中使用时的导通错误。
图 5:SiC 器件可以提高住宅太阳能逆变器的性能
加速工程师设计住宅太阳能系统
安森美提供广泛的产品和工具组合,有助于简化太阳能系统的组件选择,包括SECO−HVDCDC1362−40 W−GEVB40 W SiC高压辅助电源等参考设计。其中包括加快产品开发所需的各种资源(用户手册、物料清单、Gerber文件等)。安森美还可为希望执行更进阶的系统评估和开发的系统设计者提供SPICE模型。
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原文标题:利用SiC提高住宅太阳能系统性能的几个关键点
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原文标题:利用SiC提高住宅太阳能系统性能的几个关键点
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