【導讀】隨著文明程度和人口密度的不斷激增，二氧化碳排放速率的不斷增加開始變得難以控制。碳排放引起的全球變暖將導致氣候惡化，最終破壞地球的生態(tài)。因此，作為解決方案，我們需要使用清潔能源，例如風能和太陽能。
太陽能帶來的一些好處包括:
● 可再生 - 太陽可以持續(xù)不斷提供太陽能能源。
● 零碳排放 - 太陽能由太陽能面板產(chǎn)生。
● 運維成本低 - 光伏發(fā)電系統(tǒng)建成后，發(fā)電成本較低。
組串式逆變器主導太陽能逆變器市場
針對不同的終端應用(住宅、商業(yè)、公用事業(yè))，有多種類型的太陽能逆變器(集中式、組串式、微型)。組串式逆變器以其靈活、易于維護的特點，正在成為主流太陽能逆變器類型。組串式光伏逆變器的單機故障對總發(fā)電量影響有限，其余逆變器可繼續(xù)照常工作。同時，更小的尺寸更易于安裝，無需重型機械即可完成安裝。隨著功率器件的不斷迭代，單組逆變器的功率水平/功率密度不斷提升，單價和體積越來越小，這推動組串式逆變器成為商用逆變器市場的主流選擇。
圖 1.組串式逆變器(12×225 kVA) 與集中式逆變器 (1×2.5 MVA)
組串式太陽能逆變器典型框圖
組串式逆變器系統(tǒng)的主要組件是光伏電池板串或陣列、DC-DC升壓轉換器、DC-Link電容器和逆變器(DC-AC 轉換器)。DC-DC級實現(xiàn)兩個主要功能，將PV 串的輸出電壓提升至DC-Link工作電壓水平，并實施 MPPT(最大功率點跟蹤) 功能，使光伏面板在不同環(huán)境和太陽輻照度下產(chǎn)生的功率最大化。逆變器在該系統(tǒng)中起著最重要作用，負責將直流電轉換為交流電，用于正常的住宅用電或并網(wǎng)。
圖 2.組串式大陽能逆變器典型框圖
DC-DC 升壓級的主流拓撲結構
1100V 是大型住宅、商業(yè)和分布式公用事業(yè)規(guī)模應用中組串式逆變器的常見直流母線電壓。然而，使用 1500V 或更高電壓可以節(jié)省銅線和開關設備的成本，因為當總輸出功率保持不變時電流會降低，這也意味著在范圍更廣的溫度和輻照條件下可以捕獲更高的能量。
DC-DC升壓級的拓撲結構主要有三種，區(qū)別主要在于適用功率段不同。飛跨電容升壓和對稱升壓作為三電平拓撲，可以降低施加到開關的電壓，最終獲得更好的效率和功率密度。其次，可以選擇更小、更輕的電感，因為電感上的紋波電流減少。但是，應該注意額外開關器件帶來的成本和驅動問題。
3 通道飛跨電容升壓
SiC 混合集成功率模塊
特性
● 1000V低VCE(SAT) 快速開關IGBT和1200 V SiC二極管
● 具有低熱阻基板的模塊
● 提供焊接引腳和壓接式引腳選項
● 內部NTC熱敏電阻
優(yōu)勢
● 易于組裝。更高的輸出功率
● 靈活支持不同制造工藝
● 出色的效率和熱損耗。輸出功率高于 1200V IGBT 解決方案
應用
● 1500 V 組串式工商業(yè)用光伏逆變器
SiC MOSFET 1200 V, 20mΩ, TO247-4L
特性
● 最大RDS(ON)=28mΩ (Vgs=20V, ld=60A時)
● 高速開關和低電容
● 使用開爾文引腳減少回路電感
● 無鉛且符合RoHS標準
應用
● DC-DC/DC-AC
● 大功率轉換
DC-AC 逆變器級的主流拓撲結構
逆變器級決定了總效率和輸出質量，同樣，三電平拓撲結構最有助于為大功率三相逆變器系統(tǒng)帶來改進。除了降低開關損耗和半導體要求外，還可以降低 EMI，因為傳導 EMI 主要與電流紋波有關。此外，三電平系統(tǒng)可以提供更好的正弦電壓波形，這種高質量的輸出可以減少電纜的壓力和高靈敏度電氣設備的風險
圖 3.兩電平半橋與三電平I-NPC 的比較
兩電平系統(tǒng)設計中的 MOSFET 或IGBT 需要承受全總線電壓，這將增加大功率大陽能逆變器的成本。此外，高 dV/dt 和 dl/dt 應力會導致不良的總諧波失真(THD) 和輸出波形。
單通道I-NPC
SiC 混合集成功率模塊
特性
● 1000V低VQE(SAT)用于DC-AC轉換的快速開關IGBT和 1200V SiC二極管優(yōu)化組合
● 具有低熱阻基板的模塊
● 提供焊接引腳和壓接式引腳選項
● 內部 NTC 熱敏電阻
優(yōu)勢
● 易于組裝，輸出功率更高。靈活支持不同制造工藝
● 在正常和無功功率條件下具有出色的效率和熱損耗
應用
● 1500 V 組串式工商業(yè)用光伏逆變器
2件裝半橋全SiC功率集成模塊
特性
● 2×1200V SiC MOSFET, RDS(ON)=10m2
● 低熱阻
● 內部 NTC 熱敏電阻
優(yōu)勢
● 在更高的電壓下，RDS(ON) 進一步降低
● 更高的效率或更高的功率密度
● 提供預涂高可靠性熱界面(TIM) 選項
應用
● 三相太陽能逆變器
● 儲能系統(tǒng)
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