產品分類
新能源之光伏功率優化器方案淺析
173
拍明芯城
MLPE，即組件級電力電子，是太陽能光伏系統中的一種精細化控制設備，能夠對單個或幾個光伏組件進行逆變、監控、功率優化和關斷等功能的實現，從而達到對光伏組件的精細化管理。逆變器屬于核心設備，我們編撰過《新能源之光伏逆變器器件選型淺析》。
圖1、MLPE產品技術路徑優劣勢對比
“組串式逆變器+優化器”的方案作為MLPE(組件級功率管理)技術路線的主流方案之一，占據MLPE市場大半數份額，今天我們分析一下優化器的芯片及方案。
圖2、“組串式逆變器+優化器”方案
優化器即功率優化器，功率優化器是一種光伏直流輸入/輸出的組件級別DC/DC轉換器。一至兩塊光伏組件連接一個具有最大功率點跟蹤功能(MPPT，Maximum Power Point Tracking)的功率優化器，一般安裝在組件背板位置，可根據組件串聯的需要，將光伏電流串聯并接入匯流箱或光伏逆變器中，實現組件級別的控制。功率優化器的推廣使用可以充分利用屋頂資源，挽回發電量損失，一般可提升5%～25%的電能產出，實現組件級快速關斷，保障運行安全，同時還可監控與運維光伏組件，及時發現和預防異常問題。
圖3、功率優化器
功率優化器在成本、效率、應用場景和改造能力等方面均優于微型逆變器方案：
首先，優化器在成本上更具優勢。在傳統應用中，優化器通常與組串逆變器配合使用。隨著光伏裝機規模的增大，優化器與組串逆變器的成本效益更加顯著。此外，優化器的成本還有進一步降低的空間。
其次，微型逆變器的啟動電壓較高，功耗也較大，而優化器與組串逆變器的理論挽回電量效率高于微型逆變器。
第三，隨著光伏與儲能技術的結合，特別是直流耦合方案的普及，儲能逆變器已經取代了光伏逆變器的部分功能。在此背景下，“優化器+儲能逆變器”的組合能夠滿足發電端的功率優化、直流充電以及負載端使用等多種需求，使得優化器的應用場景更加豐富和靈活。
最后，優化器還適用于對因組件失配導致發電量嚴重損失的老電站進行改造，這一應用場景并不適合微型逆變器。
圖4、三種技術路徑結構對比
功率優化器由電流采樣單元、主控單元、電源管理單元、功率轉換單元和通訊單元組成，用到的元器件有MCU芯片、運放、升壓MOS管、隔離驅動器、濾波電容、LDO芯片、存儲芯片、變壓器、ZigBee/Sub-G/PLC通信芯片、阻容感和連接器等。
圖5、功率優化器硬件組成結構簡圖
以下是四款功率優化器拆解后的硬件組成分析：1、一款SolarEdge的700W功率優化器，型號是P700-5NC4MRX，支持125V輸入，最高輸出電壓為80V，最大輸出電流為15A，搭配SolarEdge逆變器使用。
品牌 | 型號 | 描述 |
SolarEdge | LV640305AP0 | 1顆定制主控芯片 |
兆易創新(GIGADEVICE) | GD25D10CT | 1顆128KB的存儲器，用于存儲固件和配置信息 |
亞德諾/美信(ADI/MAXIM) | MAX15013A | 1顆耐壓175V，2A輸出電流的高速半橋驅動器，用于組成同步升降壓H橋 |
英飛凌(INFINEON) | BSB165N15NZ3 | 2顆輸入端開關管，耐壓150V，導阻13.1mΩ的NMOS，支持雙面散熱，為高頻DC-DC轉換器優化，具有較低的寄生電感 |
德州儀器(TI) | UCC27211D | 1顆120V耐壓，4A峰值電流的輸出端半橋驅動器 |
英飛凌(INFINEON) | IRF6644 | 1顆輸出端開關管，耐壓100V的NMOS，導阻為10.3mΩ |
英飛凌(INFINEON) | BSB056N10NN3 | 1顆輸出端開關管，耐壓100V的NMOS，導阻5mΩ |
英飛凌(INFINEON) | BSB165N15NZ3 | 1顆輸出端開關管，耐壓150V，導阻13.1mΩ的NMOS，支持雙面散熱，為高頻DC-DC轉換器優化，具有較低的寄生電感 |
德州儀器(TI) | TPS40210 | 1顆52V輸入的升壓轉換器 |
- | 絲印ECI-IN-10UHC | 1顆升降壓電感 |
- | 絲印ECI-IN-OP002-B | 1顆電感，用于提取通信信號 |
- | 絲印148C | 1顆TVS二極管，用于浪涌保護 |
- | 絲印101 | 1顆100μH工字電感 |
- | - | 數十顆MLCC濾波電容 |
- | - | 1顆平面變壓器，用于各個器件的供電 |
- | - | 1顆16MHz晶振，為主控芯片提供穩定的時鐘信號 |
- | - | 阻容感、連接器、接口、灌封膠、散熱金屬塊和金屬板、結構件和緊固件等等 |
表1、P700-5NC4MRX部分元器件
2、一款SolarEdge的330W功率優化器，型號是OPJ300-LV，支持5-55V/12.5A輸入和5-60V/15A輸出。
品牌 | 型號 | 描述 |
SolarEdge | LV640304AP0 | 1顆定制主控芯片 |
普冉(PUYA) | P25Q40H | 1顆4Mbit Flash，用于存儲固件和配置信息 |
英飛凌(INFINEON) | IRF6646 | 3顆同步升降壓開關管，NMOS，耐壓80V，導阻7.6mΩ |
英飛凌(INFINEON) | IRF6668 | 1顆同步升降壓開關管，NMOS，耐壓80V，導阻12mΩ |
意法半導體(ST) | STPS20H100CG | 3顆輸入端肖特基二極管，耐壓100V，電流20A，用于防反接保護 |
德州儀器(TI) | LM5101AM | 2顆半橋驅動器，耐壓100V，支持3A驅動電流，用于同步升降壓MOS管驅動 |
沛波(TMP) | SSC-27014-100 HF | 2顆10μH電感，用于提取通信信號 |
- | 絲印TMS62478CS | 1顆降壓模塊，用于為主控芯片供電 |
- | 絲印101A | 1顆10μH電感 |
- | - | 數十顆MLCC濾波電容 |
- | - | 1顆16MHz晶振，為主控芯片提供穩定的時鐘信號 |
- | - | 阻容感、連接器、接口、灌封膠、散熱金屬塊和金屬板、結構件和緊固件等等 |
表2、OPJ300-LV部分元器件
3、一款SolarEdge的320W功率優化器，型號是P320-5NC4ARS，支持8-48V/11A DC輸入，以及320W 5-60/15A DC輸出，開路電壓1V。
品牌 | 型號 | 描述 |
SolarEdge | LV640304AP0 | 1顆定制主控芯片 |
聯笙電子(AMIC) | A25L040A0 | 1顆16Mbit的低電壓串行閃存，用于存儲固件和配置信息 |
英飛凌(INFINEON) | BSB104N08NP3 | 2顆輸入端開關管，耐壓80V的NMOS，導阻為9.3mΩ |
英飛凌(INFINEON) | BSB104N08NP3 | 2顆開關管組成H橋用于同步升降壓轉換，耐壓80V的NMOS，導阻為9.3mΩ |
英飛凌(INFINEON) | BSB056N10NN3 | 2顆用于輸出控制的開關管，耐壓100V的NMOS，導阻5mΩ |
德州儀器(TI) | TPS40210 | 1顆升壓芯片，52V輸入的升壓控制器 |
德州儀器(TI) | LM5101AM | 2顆半橋驅動器，耐壓100V，支持3A驅動電流，用于同步升降壓MOS管驅動 |
- | 絲印ECI-IN-10ULC | 2顆電感，用于提取通信信號 |
- | 絲印101 | 1顆100μH電感 |
- | - | 數十顆MLCC濾波電容 |
- | - | 1顆PCB印刷平面變壓器，磁芯通過鋼片固定 |
- | - | 1顆16MHz晶振，為主控芯片提供穩定的時鐘信號 |
- | - | 阻容感、連接器、接口、灌封膠、散熱金屬塊和金屬板、結構件和緊固件等等 |
表3、P320-5NC4ARS部分元器件
4、一款華為的450W智能光伏優化器，型號是SUN2000-450W-P，支持450W輸出功率，支持80V輸入電壓，最大輸出電流為15A。
品牌 | 型號 | 描述 |
海思(HISILICON) | Hi3921ERNIV100 | 1顆PLC-IoT通信芯片，用于與逆變器通信 |
恩智浦(NXP) | SC667548MLF | 1顆主控芯片 |
微芯(MICROCHIP) | 24LC64E | 1顆64 Kbit I2C 串行EEPROM |
MACRONIX | MX25V8035FM1Q | 1顆8Mb NOR FLASH |
德州儀器(TI) | UCC27201A | 1顆耐壓120V，驅動電流3A的半橋驅動器，內部兩個驅動器為獨立輸入，芯片內部集成自舉二極管，支持欠壓閉鎖 |
銘普(MNC) | T850CE | 1顆電力線通信變壓器 |
京泉華(JQH) | DQG-ER25-6572A | 1顆電感 |
京泉華(JQH) | DQG-EPC20-6571A | 1顆電感 |
英飛凌(INFINEON) | BSC070N10NS | 2顆降壓開關管，耐壓100V的NMOS，導阻7mΩ |
MPS | 絲印I7HMP | 2顆降壓轉換器 |
- | 絲印R001 | 1顆用于輸入端電流采樣的1mΩ電阻 |
- | 絲印R001 | 1顆用于輸出端電流采樣的1mΩ電阻 |
- | 絲印SBR1515C | 2顆并聯二極管，用于輸出端防反接 |
- | 絲印CHGCLB | 1顆芯片 |
- | - | 7顆輸入端MLCC濾波電容 |
- | - | 9顆輸入端MLCC濾波電容 |
- | - | 1顆變壓器，用于降壓為優化器主板器件供電 |
- | - | 1顆25.000MHz晶振，為通信芯片提供穩定的時鐘信號 |
- | - | 阻容感、連接器、接口、灌封膠、散熱金屬塊和金屬板、結構件和緊固件等等 |
表4、SUN2000-450W-P部分元器件
總結一下，功率優化器上用到的元器件品牌有恩智浦、SolarEdge、海速芯、極海、海思、力合微、英飛凌、意法半導體、德州儀器、微芯、MPS、納芯微、亞德諾、兆易創新、普冉、聯笙電子、MACRONIX、宜普、沛波、銘普、科達嘉、京泉華等。光伏功率優化器在電氣和硬件設計方面，對穩定性、可靠性和安全性方面要求會比商業級高，相應的芯片選型和項目設計工作會更難。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平臺，過去數年已積累了豐富的優勢貨源。我們聚焦服務元器件長尾客戶群，讓每一家芯片原廠或分銷商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，幫助工程師的方案選型、試樣及采購，為電子產業供需略盡綿薄之力。
芯片/模塊供需，歡迎常來 www.qoodd.com 看看。
責任編輯：David
【免責聲明】
1、本文內容、數據、圖表等來源于網絡引用或其他公開資料，版權歸屬原作者、原發表出處。若版權所有方對本文的引用持有異議，請聯系拍明芯城（marketing@iczoom.com），本方將及時處理。
2、本文的引用僅供讀者交流學習使用，不涉及商業目的。
3、本文內容僅代表作者觀點，拍明芯城不對內容的準確性、可靠性或完整性提供明示或暗示的保證。讀者閱讀本文后做出的決定或行為，是基于自主意愿和獨立判斷做出的，請讀者明確相關結果。
4、如需轉載本方擁有版權的文章，請聯系拍明芯城（marketing@iczoom.com）注明“轉載原因”。未經允許私自轉載拍明芯城將保留追究其法律責任的權利。
拍明芯城擁有對此聲明的最終解釋權。
相關資訊
：
基于Xilinx XCKU115的半高PCIe x8 硬件加速卡設計方案
圖像傳感器在汽車、工業和邊緣AI的應用動向
基于RFID技術的智能檔案管理系統設計方案
如何確保工業物聯網設計符合ISA/IEC安全標準
基于LPC55S69+i.MX 8M的快速靈活EV充電系統解決方案
如何利用物質連接智能家居自動化的孤島
2012- 2022 拍明芯城ICZOOM.com 版權所有 客服熱線：400-693-8369 (9:00-18:00)
