太阳能逆变器和电池储能系统架构与解决方案

在当前推动能源转型和实现碳中和的浪潮中，太阳能逆变器和电池储能系统（BESS）发挥着关键作用。太阳能逆变器负责将太阳能电池板产生的直流电（DC）转换为交流电（AC），以供家庭、工业和电网使用。同时，能源储存系统可以有效地储存多余的电力，实现负载调节、削峰填谷和备用电源等功能。本文探讨了太阳能逆变器和电池储能系统的架构组成，以及Littelfuse提供的相关解决方案。 

太阳能逆变器和电池储能系统已成为当今重要的替代能源解决方案。从结构上看，它们可以分为交流耦合太阳能系统和直流耦合太阳能系统。交流耦合太阳能系统使用双逆变器，由带电池的双向逆变器和太阳能逆变器组成，提供更高的灵活性和更容易的安装，特别适合翻新项目，同时保留并网逆变器。然而，它们的效率较低，因为电池使用的能源需要多次逆变，并且需要多个组件，例如多个中压变压器和逆变器。对于现有光伏 (PV) 系统，它们具有成本效益。

直流耦合太阳能系统使用单个逆变器来为负载供电，不适合翻新项目，需要更换现有逆变器，并且在许多情况下需要重新配置光伏阵列的布线。然而，由于电力不需要多次逆变，所需组件较少，并且 BESS 与光伏系统之间的短电缆减少了损耗，因此其效率更高。然而，其成本较高，并且在现有光伏系统中的安装较为复杂。

太阳能逆变器拓扑类型可分为微型逆变器、串式逆变器、多串逆变器和中央逆变器。微型逆变器的额定功率可达300 W，主要用于住宅建筑，输出电压为230 VAC，单相，具有自消费特性。串式逆变器的额定功率为1 kW 至10 kW，主要用于住宅用途，但也可接入电网，输出电压为230 VAC，单相。如果与串式逆变器结合使用电力优化器或直流优化器 - 具有最大功率点跟踪 (MPPT) 功能的DC-DC转换器，整个太阳能系统的效率可以提高。MPPT 功能在单个光伏面板级别执行，以确保所有光伏面板在其最大功率点运行。

多串逆变器的额定功率为30 kW至200 kW，主要用于商业、工业和公用事业应用，输出电压为400 VAC，三相，具有自我消耗和配电网兼容性。集中式逆变器的额定功率可达数兆瓦，主要用于中压电网和光伏电站，输出电压为400 VAC至690 VAC，三相。

Littelfuse 提供广泛的产品线，用于太阳能逆变器和电池能量存储系统 (BESS)，包括输入保护组件，如熔断器、金属氧化物压敏电阻 (MOV)、浪涌保护装置 (SPD) 和接地故障继电器；用于 DC-DC 转换器的组件，如MOSFET、栅极驱动器、瞬态电压抑制 (TVS) 二极管和温度传感器；用于 DC-AC 逆变器的组件，如 IGBT 模块、栅极驱动器、TVS 二极管和温度指示器。

此外，还有用于输出保护的组件，如保险丝、MOV、浪涌保护器和AC接地故障继电器；用于辅助电源的组件，如MOSFET、栅极驱动器和TVS二极管；用于BESS的组件，如保险丝、TVS二极管、TVS二极管阵列、电弧闪光继电器、SPD和接地故障继电器，以及用于通信接口的组件，如TVS二极管阵列和多层压敏电阻（MLV）。产品种类相当多样。

如果按逆变器类型分类，Littelfuse针对微型逆变器的潜在产品包括MOSFET（Trench Gate Gen2，Ultra-junction X2）或IGBT（600-650 V Trench），TVS二极管（SMCJ，SMDJ，SMBJ），负温度系数（NTC）热敏电阻（RA，RB，KR），碳化硅（SiC）肖特基二极管（650V二极管），MOV（TMOV，UltraMOV，LA），保险丝（215），栅极驱动器（IXD_6xxSI），TVS二极管阵列（SP3130，SP712，SP2555NUTG），或MLV（MLA，MHS）等。

Littelfuse用于功率优化器的潜在产品包括MOSFET（Trench Gate Gen2）、TVS二极管（SMCJ、SMDJ、1.5SMC、SMBJ）、NTC热敏电阻（RA、RB、KR）、栅极驱动器（IXD_6xxSI）、TVS二极管阵列（SP3130、SP712、SP2555NUTG、SM712）或MLV（MLA、MHS）。

Littelfuse 用于串式逆变器的潜在产品包括 MOVs (UltraMOV, LA, SM20, TMOV)、MOSFETs (Trench Gate Gen2, Ultra-junction X2)、TVS 二极管 (SMCJ, SMDJ, SMBJ)、 SiC 肖特基二极管 (650V 二极管)、NTC 热敏电阻 (RA, RB, KR)、IGBTs (600-650 V Trench)、保险丝 (Class J, Class RK5, KLKD)、栅极驱动器 (IXD_6xxSI, IX4351NE)、 TVS 二极管阵列 (SP3130, SP712, SM712, SP2555NUTG)、MLVs (MLA, MHS) 等。

Littelfuse 为多串逆变器提供的潜在产品包括保险丝 (SPF, SPFI, SPXV, SPXI, Class T, Class J)、SPD (SPD2 PV, SPD type 2)、SiC MOSFET (LSIC1MO120E0120, LSIC1MO170E1000)、MOSFET (高压系列)、SiC 二极管 (1200 V 二极管)、IGBT 模块 (MIXA, MIXG)、高速保险丝 (L75QS)、TVS 二极管 (SMBJ, SMF)、MOV (UltraMOV, LA, SM7)、栅极驱动器 (IX4351NE)、TVS 二极管阵列 (SP3130, SP712, SM712, SP2555NUTG)、MLV (MLA, MHS)。

Littelfuse用于中央逆变器的潜在产品包括在线保险丝 (SPXI, SPFI)、保险丝 (SPXV, SPNH, LFPXV, SPF, Class J, Class RK5, Class L)、SPD (SPD2 PV, SPD type 2)、直流断路开关 (LS7xx, LS6xx)、SiC MOSFET (LSIC1MO120E0120, LSIC1MO170E1000)、MOSFET (高压系列)、SiC 二极管 (1200 V 二极管)、IGBT 模块 (MIXA, MIXG)、高速保险丝 (PSR, PSX)、TVS 二极管 (SMBJ, SMF)、交流接地故障继电器 (EL-731)、直流接地故障继电器 (EL-731, SE-601)、栅极驱动器 (IX4351NE)、TVS 二极管阵列 (SP3130, SP712, SM712, SP2555NUTG)、MLV (MLA, MHS)。

Littelfuse 针对 BESS 的潜在产品包括保险丝（501A, 881, TLS, JLLN, CNN, 885, Class J, Class RK5, Class L）、TVS 二极管（TPSMC, SZ1SMC, SZ1.5SMC, TPSMB, SZ1SMB, SZP6SMB, TPSMA6L, SZ1SMA, TPSMB）、温度传感器（USP16673, RB）、SMD 或直插式保险丝（438A, 441A, 521, 483A）、TVS 二极管阵列（AQ05C, AQ24CAN）、高速保险丝（PSR, PSX, ESR）、MOSFET（X3 Class）、栅极驱动器（IXD_6xxSI）、高压直流接触器继电器（DCNxx）、电弧闪光继电器（AF0100）、直流断路开关（LS7xx, LS6xx）、SPD（直流/交流链接）（SPD type 2）、接地故障继电器（SE-601）、IGBT 模块（MIXA, MIXG）。

太阳能逆变器和电池能量存储系统（BESS）需要遵循众多安全标准，包括IEC 61683 - 功率调节器 - 测量效率的程序，该标准描述了用于独立和公共电网互动的光伏系统中功率调节器效率测量的指南。IEC 62109-1 - 用于光伏电力系统的功率转换器安全性 - 第1部分：一般要求。IEC 62109的这部分适用于要求统一安全级别的光伏系统中的功率转换设备（PCE）。该标准规定了PCE设计和制造的最低要求，以防范火灾、能量、电击、机械和其他风险。IEC 62109-2 - 用于光伏电力系统的功率转换器安全性 - 第2部分：逆变器的特殊要求。IEC 62109的第2部分涵盖了用于光伏电力系统的DC-AC逆变器产品的特殊安全要求。这三个标准在全球范围内适用。

UL 1741 - 适用于分布式能源的逆变器、转换器、控制器和互联系统设备。这些要求涵盖用于独立或并网电力系统的逆变器、转换器、充电控制器和互联系统设备（ISE）。UL 9540A - 电池储能系统热失控火灾传播评估测试方法标准。本文档评估电池储能系统在热失控情况下的火灾特性。这两个标准适用于北美。

EN 50524 - 光伏逆变器的数据表和铭牌。本文档旨在为配置安全和最佳的光伏逆变器系统提供必要信息。EN 50530 - 光伏逆变器的整体效率。本标准提供了一种用于测量并网光伏系统中逆变器最大功率点跟踪 (MPPT) 精度的程序。这两个标准适用于欧洲。

PSR高速方体半导体保险丝可以提高BESS的容量，从而降低公用事业的运作成本，并使电池储能系统在峰值电力需求期间有更长的使用时间。为此，集成商可以在他们的BESS中添加更多的电池组，或从流动电池解决方案转换为更高容量的锂离子电池。

然而，新的BESS中更高的功率密度可能导致更大的故障电流。在高功率水平下，故障可能造成灾难性损坏甚至人身伤害。BESS需要更高水平的电路保护，这对设计提出了挑战。如果可以找到比当前BESS中使用的熔断器具有更高短路电流中断额定值的熔断器，就可以向BESS中添加更多的电池组。此外，为了保护BESS电源转换器中使用的敏感电子元件，熔断器必须能够快速中断。

Littelfuse PSR系列的高速方体半导体熔断器提供最高的短路电流额定值：150 kA DC和200 kA AC中断额定值。较高的额定值也可以减少汇流箱的数量，从而降低成本和设计复杂性。PSR系列熔断器动作更快，并具有更高的短路电流中断额定值。PSR系列熔断器的其他优势包括灵活的形状和安装选项。PSR熔断器系列可以直接替换常用的块状形状熔断器，避免重大设计更改的成本。为了将嵌入式PSR熔断器适应并联母排安装配置，可以使用Littelfuse的L支架设计。

通过使用 Littelfuse PSR 系列保险丝，每个集装箱的汇流箱数量可以减少一个，并且可以额外增加两个电池单元。这将使当前的 BESS 集装箱容量增加 7%，使公用事业能够在高峰电力需求期间更长时间依赖电池储能系统，并降低运营成本。

太阳能逆变器和电池储能系统的集成不仅提高了能源利用效率，还为分布式能源管理、电网稳定性和能源自主性带来了新的机遇。随着电力电子、电池管理系统 (BMS)、通信协议和人工智能的不断进步，未来的解决方案将趋向于更高的效率、更强的智能化和模块化。本文介绍的Littelfuse太阳能逆变器和BESS解决方案可以帮助客户构建高可靠性、高性能和具有成本效益的集成太阳能和储存系统，为绿色能源的可持续愿景贡献力量。