近年來，隨著對可持續性的日益重視和應對氣候變化的需要，家用太陽能系統的關注和實施顯著增加。采用可再生能源對于解決氣候變化帶來的復雜問題至關重要，而家用太陽能在促進這一轉變方面發揮著重要作用。本文重點介紹家用太陽能系統解決方案及其對建立凈零未來的關鍵貢獻。

　　住宅太陽能逆變器

　　家用太陽能逆變器市場預估顯示，從 2023 年最初的 69.5 億美元估值來看，2023 年至 2032 年期間的增長率將達到 10.9%。有效的能源利用規則、消費者和監管部門對太陽能的傾向性變化以及其他因素都加速了太陽能技術的普及。

圖1

　　在住宅應用中，主要使用三種類型的太陽能逆變器(圖 1)：

　　微型逆變器：在此系統中，單相 DC/AC 電源轉換在面板級進行，在 110 至 230 V 范圍內實現高達 300 W 的輸出功率。在每個面板上本地執行功率優化，并且可以添加交流耦合電池作為備用。

　　串式逆變器：該系統可實現 1 千瓦至 10 千瓦的輸出功率，提供單相和三相輸出電壓，具有集中式直流/交流轉換功能。串式逆變器以其可用性和可靠性而聞名，由于屋頂上沒有安裝電子設備，因此可簡化維護。電池備份可以是高壓直流耦合。

　　功率優化器 + 串式逆變器：與串式逆變器一樣，該系統具有集中式功率轉換和高壓直流耦合電池備份。但是，這里每個面板的輸出功率都是獨立優化的，并且提供系統級和面板級監控。額定輸出功率最高可達 300 W，每個面板提供 50 VDC 輸出電壓。

圖2

　　Littelfuse擁有廣泛的產品和解決方案，可滿足住宅系統中安裝的太陽能逆變器的要求，包括輸入和輸出保護、電源轉換設備以及用于實現用戶界面和與電網通信的組件(圖 2)。

　　微型逆變器

　　圖 3 顯示了微型逆變器的典型原理圖。太陽能電池板后面是 DC/DC 轉換器(塊 I)，后面是高頻變壓器和全波整流器級(II)。DC/DC 轉換器后面是 DC/AC 逆變器(III)和帶有濾波器和保護裝置的輸出級(IV)，用于與電網和交流耦合電池系統連接。柵極驅動器 IC(V)構成了電源部分。

圖3

　　在圖 3 的底部，我們看到控制單元，它包括輔助電源 (VII)，通常由太陽能電池板供電，微控制器以及通信和用戶界面 (VI)。如圖 3 的表格所示，Littelfuse 的產品適用于實現微逆變器的每個模塊。

　　例如，Trench Gate Gen2是一款 40 至 175 V 功率 mosfet，其 V DS額定值為 40 V 至 170 V，可提供高達 600 A 的大電流能力。由于這些器件具有大電流額定值和易于獲得的緊湊型封裝替代方案，設計人員可以用更少的空間控制更多功率。此外，這些器件通過最小化或消除高功率開關應用中對大量并聯低電流額定值的 MOSFET 器件的需求來增強器件整合度。

　　功率優化器

　　在逆變器確定的電壓下，功率優化器會跟蹤每個輸入的最大功率點并將所有可用功率發送到輸出。這樣做不需要優化器和逆變器之間進行任何類型的交互。請記住，并非所有依賴串式逆變器的光伏系統都包含功率優化器。

圖4

　　功率優化器的框圖如圖 4 所示，其中每個垂直塊可重復n次。對于降壓或升壓 DC/DC 轉換器，需要高頻開關MOSFET、TVS 二極管(用于保護 MOSFET 免受電壓瞬變的影響)和 NTC(用于檢測過度日照或電源組件故障引起的高溫)。柵極驅動器控制開關 MOSFET，并與 TVS 二極管結合使用，以保護設備免受瞬態過載事件的影響。為了保護集成可編程邏輯器件和通信接口的控制單元免受靜電放電 (ESD) 和電快速瞬變 (EFT) 的影響，通常采用 TVS 二極管陣列。

　　圖 4 右側的表格顯示了適合此應用的 Littelfuse 解決方案。例如，為了防止 ESD、EFT 和雷擊引起的浪涌造成的損害，SP712 TVS 二極管陣列專門用于保護具有不對稱工作電壓(-7 V 至 12 V)的 RS-485 應用。SP712 可以安全地耗散高達 20 A 的 8/20-μs 產生的浪涌電流(IEC 61000-4-5)，具有非常低的鉗位電壓，可以承受超過 IEC 61000-4-2 規定的最大水平的反復 ESD 沖擊，而不會降低性能。

　　組串式逆變器

　　盡管有多種拓撲結構(包括串式逆變器)，但為了簡單起見，我們將考慮基本拓撲結構。串式逆變器系統的框圖如圖 5 所示。串式逆變器模塊包括控制單元，除了有線連接外，還可能包括無線接口，例如 BLE、Zigbee 等。

　　太陽能電池板通過輸入保護和濾波器連接到串式逆變器塊的輸入。金屬氧化物壓敏電阻 (MOV) 通常用于此目的，以防止電壓瞬變和雷擊浪涌。Littelfuse SM20系列是緊湊型 (20 毫米) SMD 壓敏電阻，適用于需要高能量和瞬變電流能力的此類應用。

　　同樣，由 MOV、保險絲和氣體放電管組成的濾波器和保護裝置也放置在串式逆變器的輸出端。像這樣的高隔離和浪涌保護應用，以及涉及數百伏偏置電壓或信號電平的應用，都是Littelfuse CG3系列氣體等離子避雷器的理想選擇，該系列有兩個端子，工作電壓范圍為 1.0 至 7.5 kV。

　　使用可再生能源是應對氣候變化的重要方法。住宅太陽能是一種有前途的解決方案，因為它不僅可以提供可持續發電，還可以使個人積極參與減少碳排放的挑戰。在追求脫碳的過程中，使用高效、可靠和緊湊的家用太陽能解決方案有助于產生環保和可持續的電力。

浮思特科技專注功率器件領域，為客戶提供IGBT、IPM模塊等功率器件以及MCU和觸控芯片，是一家擁有核心技術的電子元器件供應商和解決方案商。