利用SiC提高住宅太陽能係統性能的幾個關鍵點

預計在未來五年，住宅太陽能係統的數量將大幅增長。太陽能係統能為家庭提供清潔和綠色的能源，用於為家用電器供電，為電動汽車充電，甚至將多餘的電力輸送至電網。有了太陽能係統，即使發生電網故障，也不用擔心。本文介紹了住宅太陽能係統的主要組成部分，並建議採用安森美 (onsemi) 的電源方案方案來提高太陽能係統的效率、可靠性和成本優勢。 住宅太陽能逆變器係統概述 住宅太陽能逆變器係統中包括了産生可變直流電壓的光伏麵闆陣列。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嚮優化能量採集），將可變直流電壓提升到更高的直流鏈路電壓。然後，單相 DC/AC 逆變器將直流鏈路電壓（通常

圖 1：微型逆變器係統（左）和組串式逆變器係統（右）的框圖

功率優化器（集成MPPT的DC−DC轉換器）有助於提高組串式逆變器係統的效率。它將光伏麵闆的可變直流電壓轉換為固定直流電壓，使得單個麵闆的低光伏輸出不會影響整體效率。 電池儲能係統 電池儲能係統 (BESS) 對住宅太陽能係統至關重要。大多數情況下，能量的採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。雙嚮轉換器將BESS連接到太陽能係統。白天，當光伏麵闆發電時，轉換器為電池組充電。晚上，當麵闆不發電時，雙嚮轉換器會將電池中儲存的能量釋放出來，用於驅動負載。

圖 2：連接到太陽能係統的電池儲能係統 (BESS)

DC−DC升壓變換器 單升壓DC-DC變換器是住宅係統中最常見的非隔離拓撲結構，而反激式變換器常用於需要隔離的情況。這兩種拓撲結構成本較低，並且外形小巧。 DC-AC變換器 逆變器可以使用多種拓撲結構構建，例如採用安森美NXH75M65L4Q1 H6.5 IGBT模塊的逆變器。該設計不需要變壓器，降低了整個係統的重量、尺寸和成本。該拓撲結構解決了由共模 (CM) 電壓作用於光伏陣列的寄生電容引起的漏電流問題。

圖 3：H6.5 拓撲結構適用於住宅太陽能逆變器

雙嚮DC−DC變換器 雙嚮DC-DC變換器對儲能係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，並使用零電壓開關 (ZVS) 來提高效率。此外還將通過電池組與光伏麵闆隔離來保障安全性。 用於太陽能係統的IGBT 安森美提供用於住宅太陽能係統的600V和650V IGBT。這些IGBT採用了窄臺麵、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並且減少漂移層厚度，反過來也可以減少導通和開關損耗。

圖 4：用於太陽能係統的安森美功率半導體

碳化矽進一步提高了住宅太陽能係統的性能 碳化矽 (SiC) 器件能夠給住宅太陽能係統帶來更小尺寸的逆變器，同時提供比矽基器件更好的性能。安森美650V 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係統 安森美提供廣泛的産品和工具組合，有助於簡化太陽能係統的組件選擇，包括SECO−HVDCDC1362−40 W−GEVB 40 W SiC高壓輔助電源等參考設計。其中包括加快産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係統評估和開發的係統設計者提供SPICE模型。