微型逆变器在户用光伏中的应用场景与实战方案

发布时间:2024-12-13 阅读量:4982 来源: 我爱方案网 作者: bebop

摘要:在新能源系统构成中,除了集中式和组串式逆变器外,还有一种易于安装、配置灵活的微型逆变器。微型逆变器以其便捷的安装、长寿命设计以及易监控、易维护等特性,为安装商们带来了前所未有的便捷体验。其“即插即用”(Plug & Play)的安装方式大大简化了安装流程,降低了人力成本和时间成本。同时,微型逆变器通常设计有长达25年的使用寿命,减少了后期更换和维护的频率。本文将介绍微型逆变器的常见应用场景,并提供非常有竞争力的实战方案。


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与集中式和组串式逆变器相比,微型逆变器的特点十分明显。工业制造业的厂商采用了大众消费品的思维,瞄准了户用光伏这一精准用户人群的核心痛点,开发出了即插即用的DIY大杀器——“阳台光伏”。


与早年的户用光伏电站相比,阳台光伏的规模小了很多,1-2块光伏组件加上一个微型逆变器就构成了一套阳台光伏系统。阳台光伏仅需要有阳台就可以安装,而不需要用户拥有庭院或者屋顶,同时,阳台光伏不需要繁琐的建设审批,不需要建筑的结构改造,不需要专业的人工安装,极大的方便和拓展了目标用户。


价格方面,一套800W阳台光伏系统(含两块500W组件、一个800W逆变器、阳台支架、5米电缆)在德国的售价为600欧元,相当于一个中型家电的价格。我们来简单算一下账,800W的发电效率,全年等效日照时长按1000小时计算,则全年的发电量为800千瓦时,相当于每年可为家庭省下800度的电费。德国的居民电费在今年10月底为0.395欧元/度,那么阳台光伏每年可省下316欧元电费,不到两年即可收回购入成本



在此背景下,微型逆变器的市场占有率正逐步攀升,2018-2020年全球微型逆变器出货量从1.18GW增加到2.28GW,2023年的出货量更是超过了4GW,五年的年均复合增长率接近40%

半导体原厂也抓住这个机遇,相继推出非常有竞争力的微型逆变器方案。

基于STM32G474的400W微型逆变器方案



方案规格:


1. Vin(标准输入电压):36V

2. Vin_max(最大输入电压):55V

3. Vin_min(最小输入电压):18V

4. MPPT范围:20V至40V

5. Iin(标称输入电流):12A

6. Imax(最大输入电流):18A

7. Vbus(DC-DC标称输出电压):380V

8. Vbus_max(DC-DC最大输出电压):400V

9. Vac(交流标称输出电压):110VAC/60Hz、220VAC/50Hz

10. Iac(交流最大输出电流):1.8A/220VAC、3.6A/110VAC

11. Pac(最大输出功率):400W


方案优势:


1. 电源应用 : 400W Microinverter 

2. 数位控制 (主控制芯片 : STM32G474 )

3. 使用单一 MCU做 MPPT 与 Inverter 控制功能

4. 使用 PLL 锁相环进行环路控制

5. 隔离型 MPPT 符合规范需求

6. 采用ST第三类 SiC半导体,高频操作缩小体积 


英飞凌三相组串式逆变器设计方案
支持高达200KW的功率,产品中包含英飞凌CoolSiC Easy模块和三电平Easy模块,可实现出色的功率密度和高制造便利性。Easy模块包含EasyPIM、EasyPACK和EasyDUAL,涵盖600V/650V/1200V电压,6A至200A电流的全功率范围。在工作过程中,所有功率开关都需要与之配合的栅极驱动器,而所有栅极驱动器都需要相应的控制。为此,英飞凌还为逆变器设计方案提供了相应的EiceDRIVER栅极驱动器以及XMC微控制器。
三相组串式逆变器系统框图(图源:Infineon)


小华HC32F334光伏微型逆变器


本参考设计基于小华HC32F334数字电源芯片完成了交错反激式微型逆变器的应用方案开发,验证了HC32F334芯片完全能够胜任模拟与数字相结合、需要复杂PWM发波的数字电源应用场景;高效的系统设计、出色的性能指标以及完整的故障保护机制,验证了小华HC32F334芯片针对数字电源设计的优异性能。


方案规格


  PV电压范围:25~60V

  电网电压:200~240V @50Hz

  最大输出功率:500W

  开关频率:60kHz~200kHz

  峰值效率:94.7%

  入网电流THD:3.2% @Vpv=45V 500W

  PF:>0.99


方案优势


  基于自主知识产权的数字电源控制器方案

  交错反激采用谷底开通断续模式,提高系统效率

  交错反激输出馒头波,减小反激输出母线电容

  全桥逆变采用工频开关,提高系统效率

  经典扰动式MPPT环,快速准确找到MPPT点

  保护功能齐全:输出过流,输入反激过流保护,反激输出电压过压保护等

  效率高达94.7%


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