近年来，随着对可持续性的日益重视和应对气候变化的需要，家用太阳能系统的关注和实施显著增加。采用可再生能源对于解决气候变化带来的复杂问题至关重要，而家用太阳能在促进这一转变方面发挥着重要作用。本文重点介绍家用太阳能系统解决方案及其对建立净零未来的关键贡献。

　　住宅太阳能逆变器

　　家用太阳能逆变器市场预估显示，从 2023 年最初的 69.5 亿美元估值来看，2023 年至 2032 年期间的增长率将达到 10.9%。有效的能源利用规则、消费者和监管部门对太阳能的倾向性变化以及其他因素都加速了太阳能技术的普及。

图1

　　在住宅应用中，主要使用三种类型的太阳能逆变器(图 1)：

　　微型逆变器：在此系统中，单相 DC/AC 电源转换在面板级进行，在 110 至 230 V 范围内实现高达 300 W 的输出功率。在每个面板上本地执行功率优化，并且可以添加交流耦合电池作为备用。

　　串式逆变器：该系统可实现 1 千瓦至 10 千瓦的输出功率，提供单相和三相输出电压，具有集中式直流/交流转换功能。串式逆变器以其可用性和可靠性而闻名，由于屋顶上没有安装电子设备，因此可简化维护。电池备份可以是高压直流耦合。

　　功率优化器 + 串式逆变器：与串式逆变器一样，该系统具有集中式功率转换和高压直流耦合电池备份。但是，这里每个面板的输出功率都是独立优化的，并且提供系统级和面板级监控。额定输出功率最高可达 300 W，每个面板提供 50 VDC 输出电压。

图2

　　Littelfuse拥有广泛的产品和解决方案，可满足住宅系统中安装的太阳能逆变器的要求，包括输入和输出保护、电源转换设备以及用于实现用户界面和与电网通信的组件(图 2)。

　　微型逆变器

　　图 3 显示了微型逆变器的典型原理图。太阳能电池板后面是 DC/DC 转换器(块 I)，后面是高频变压器和全波整流器级(II)。DC/DC 转换器后面是 DC/AC 逆变器(III)和带有滤波器和保护装置的输出级(IV)，用于与电网和交流耦合电池系统连接。栅极驱动器 IC(V)构成了电源部分。

图3

　　在图 3 的底部，我们看到控制单元，它包括辅助电源 (VII)，通常由太阳能电池板供电，微控制器以及通信和用户界面 (VI)。如图 3 的表格所示，Littelfuse 的产品适用于实现微逆变器的每个模块。

　　例如，Trench Gate Gen2是一款 40 至 175 V 功率 mosfet，其 V DS额定值为 40 V 至 170 V，可提供高达 600 A 的大电流能力。由于这些器件具有大电流额定值和易于获得的紧凑型封装替代方案，设计人员可以用更少的空间控制更多功率。此外，这些器件通过最小化或消除高功率开关应用中对大量并联低电流额定值的 MOSFET 器件的需求来增强器件整合度。

　　功率优化器

　　在逆变器确定的电压下，功率优化器会跟踪每个输入的最大功率点并将所有可用功率发送到输出。这样做不需要优化器和逆变器之间进行任何类型的交互。请记住，并非所有依赖串式逆变器的光伏系统都包含功率优化器。

图4

　　功率优化器的框图如图 4 所示，其中每个垂直块可重复n次。对于降压或升压 DC/DC 转换器，需要高频开关MOSFET、TVS 二极管(用于保护 MOSFET 免受电压瞬变的影响)和 NTC(用于检测过度日照或电源组件故障引起的高温)。栅极驱动器控制开关 MOSFET，并与 TVS 二极管结合使用，以保护设备免受瞬态过载事件的影响。为了保护集成可编程逻辑器件和通信接口的控制单元免受静电放电 (ESD) 和电快速瞬变 (EFT) 的影响，通常采用 TVS 二极管阵列。

　　图 4 右侧的表格显示了适合此应用的 Littelfuse 解决方案。例如，为了防止 ESD、EFT 和雷击引起的浪涌造成的损害，SP712 TVS 二极管阵列专门用于保护具有不对称工作电压(-7 V 至 12 V)的 RS-485 应用。SP712 可以安全地耗散高达 20 A 的 8/20-µs 产生的浪涌电流(IEC 61000-4-5)，具有非常低的钳位电压，可以承受超过 IEC 61000-4-2 规定的最大水平的反复 ESD 冲击，而不会降低性能。

　　组串式逆变器

　　尽管有多种拓扑结构(包括串式逆变器)，但为了简单起见，我们将考虑基本拓扑结构。串式逆变器系统的框图如图 5 所示。串式逆变器模块包括控制单元，除了有线连接外，还可能包括无线接口，例如 BLE、Zigbee 等。

　　太阳能电池板通过输入保护和滤波器连接到串式逆变器块的输入。金属氧化物压敏电阻 (MOV) 通常用于此目的，以防止电压瞬变和雷击浪涌。Littelfuse SM20系列是紧凑型 (20 毫米) SMD 压敏电阻，适用于需要高能量和瞬变电流能力的此类应用。

　　同样，由 MOV、保险丝和气体放电管组成的滤波器和保护装置也放置在串式逆变器的输出端。像这样的高隔离和浪涌保护应用，以及涉及数百伏偏置电压或信号电平的应用，都是Littelfuse CG3系列气体等离子避雷器的理想选择，该系列有两个端子，工作电压范围为 1.0 至 7.5 kV。

　　使用可再生能源是应对气候变化的重要方法。住宅太阳能是一种有前途的解决方案，因为它不仅可以提供可持续发电，还可以使个人积极参与减少碳排放的挑战。在追求脱碳的过程中，使用高效、可靠和紧凑的家用太阳能解决方案有助于产生环保和可持续的电力。

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