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：5501 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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