利用SiC提高住宅太阳能系统性能的几个关键点

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。

图 2：连接到太阳能系统的电池储能系统 (BESS)

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。

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−GEVB 40 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。