戶用與工商業(yè)光伏常用結構與拓撲

光伏作為綠色清潔能源，將太陽能轉為電能，用以替代傳統(tǒng)化石能源，從而達到減排與碳中和的效果。本篇文章重點介紹戶用與工商業(yè)光伏的常用結構與拓撲，同時分享Littelfuse針對性的過壓過流保護、功率控制等產品作為參考，篇幅限制很多產品并未擺放，包括低鉗位MOV + SIDACtor方案與有源鉗位等在其他文章也有提及，感興趣進一步了解的可以翻閱以往文章。

隨著電氣化與智能化的不斷進步與加強，集光伏、電動車、儲能以及智能家居的整套方案已經日趨完善與普及，下面為簡單的智能樓宇框圖。

戶用光伏逆變器分為微逆、功率優(yōu)化器+組串式以及組串式逆變器三種，其中，

· 微型逆變器從光伏面板取直流電直接轉換為交流電110-230Vac，每個面板輸出各自獨立，便于系統(tǒng)的擴展。

· 功率優(yōu)化器+組串式逆變器，通過優(yōu)化器把直流電集中起來，提高效率穩(wěn)定輸出的同時可以實現系統(tǒng)與面板端的監(jiān)控，也便于系統(tǒng)擴展。

· 組串式逆變器，10kw以下功率逆變器，屋頂沒有電氣設備便于系統(tǒng)維護，通過安裝面板數量來實現功率的自由調配，實用性與可靠性較高。

Littelfuse逆變器里面主要涉及二、三、四級防雷，有面板安裝防雷器與板載式壓敏電阻、氣體放電管，在信號輸出口與通訊端口有TVS、Sidactor與ESD作為防浪涌與靜電，而光伏直流輸入端有1000-1500V光伏保險絲，有板載式、端子安裝與線束安裝方式，對于逆變器有MOSFET、IGBT、二極管、驅動IC等作為功率控制與防倒灌產品。

微逆與儲能的結構框圖

微逆框圖

微逆拓撲

微逆由于功率較小，通常采用小電流管狀保險絲或者方殼保險絲，對于結構尺寸要求較小，也有貼片保險絲可供選擇，簡單的全橋結構通常采用650V IGBT或者MOSFET，TVS可以用于門極驅動保護或信號浪涌保護，壓敏電阻與氣體放電管作為叫交流側雷擊浪涌防護。

功率優(yōu)化器+組串式逆變器框圖

功率優(yōu)化器Buck+Boost拓撲

功率優(yōu)化器實際是較為簡單的Buck Boost電路，由于光伏面板輸出電壓會隨陽光大小而改變輸出電壓，因此需要一個升降壓電路來調壓提高整體效率，現在碳化硅650V產品也日漸普及，Littefuse有非對稱TVS可以作為MOSFET門極保護，具有更低鉗位電壓，一個TVS具有正反兩個不同電壓，比如+18/-5V，從而可以減少占板面積，簡化設計。

常見組串式逆變器的結構框圖，單串、多串以及儲能

組串逆變器又叫分布式逆變器，可以通過不同位置布置電池板來實現能源利用的最大化，組串式逆變器根據功率大小的不同，可以使用多路MPPT或者交錯升壓電路的方式提高整機效率。

高頻變壓器隔離組串式逆變器拓撲，MPPT+全橋

無變壓器隔離逆變器拓撲，MPPT+全橋

升壓電路可以提高輸入能源效率同時提供穩(wěn)定的母線電壓，輸出采用全橋結構無變壓器非隔離以及變壓器隔離都是較為常用的方案，650V MOSFET/IGBT即可，第三代寬禁帶半導體碳化硅以及氮化鎵650V也逐步得到應用。

無變壓器逆變器拓撲，MPPT+HERIC逆變

HERIC即Highly Efficient Reliable Inverter Concept，是一種高效率可靠的逆變器，在全橋電路的基礎上引入續(xù)流回路達到較好的消去共模電流的效果。

Heric電路具有較高的轉換效率，引入電感元件，利用其存儲能量和降低開關損耗，使得能量轉換更高效。同時具有內部電路簡單，降低電磁干擾，可以有效減少干擾對其他電子設備的影響，提高了逆變器的穩(wěn)定性與可靠性，因此被廣泛應用于光伏、風力發(fā)電以及電動汽車等領域。

無變壓器組串式逆變器拓撲，單路MPPT交錯Boost+HERIC逆變

對于多個電池板串聯，功率較大的電路，需要對應前端升壓電路采用雙路或者多路交錯的方式來減少對于功率器件的要求，同時提高系統(tǒng)效率。

多路MPPT+全橋逆變結構框圖

多路MPPT+2電平全橋逆變

對于功率較大的多路MPPT方案，輸出為三相電，需要1200V IGBT構成全橋方案來提供高電壓輸出。

多路MPPT+”I”型三電平全橋逆變

對于1000-1500V光伏系統(tǒng)，因為功率器件電壓的限制，需要采用三電平方案來提高效率以及可靠性，650V-1200V IGBT “I”型或”T”型三電平較為常用。

本章重點對于拓撲進行介紹，保護與功率控制等產品原理都差不多，只是在不同的應用中，因為結構設計與電路優(yōu)化等考慮，可以因地適宜來做產品的選擇，同時隨著產品不斷推陳出新，每條產品線都在降本的同時優(yōu)化設計來滿足輕量化、小型化、高效化等市場環(huán)境要求，經常進行產品更新與交流會有助于整個設備的優(yōu)化與成本管控，本章產品以個別系列作為參考，可以借此延申更多的解決方案，有需求可以聯系當地技術尋求支持。