新能源之光伏功率优化器方案浅析

原标题：新能源之光伏功率优化器方案浅析

MLPE，即组件级电力电子，是太阳能光伏系统中的一种精细化控制设备，能够对单个或几个光伏组件进行逆变、监控、功率优化和关断等功能的实现，从而达到对光伏组件的精细化管理。逆变器属于核心设备，我们编撰过《新能源之光伏逆变器器件选型浅析》。

图1、MLPE产品技术路径优劣势对比

“组串式逆变器+优化器”的方案作为MLPE(组件级功率管理)技术路线的主流方案之一，占据MLPE市场大半数份额，今天我们分析一下优化器的芯片及方案。

图2、“组串式逆变器+优化器”方案

优化器即功率优化器，功率优化器是一种光伏直流输入/输出的组件级别DC/DC转换器。一至两块光伏组件连接一个具有最大功率点跟踪功能(MPPT，Maximum Power Point Tracking)的功率优化器，一般安装在组件背板位置，可根据组件串联的需要，将光伏电流串联并接入汇流箱或光伏逆变器中，实现组件级别的控制。功率优化器的推广使用可以充分利用屋顶资源，挽回发电量损失，一般可提升5%～25%的电能产出，实现组件级快速关断，保障运行安全，同时还可监控与运维光伏组件，及时发现和预防异常问题。

图3、功率优化器

功率优化器在成本、效率、应用场景和改造能力等方面均优于微型逆变器方案：

首先，优化器在成本上更具优势。在传统应用中，优化器通常与组串逆变器配合使用。随着光伏装机规模的增大，优化器与组串逆变器的成本效益更加显著。此外，优化器的成本还有进一步降低的空间。

其次，微型逆变器的启动电压较高，功耗也较大，而优化器与组串逆变器的理论挽回电量效率高于微型逆变器。

第三，随着光伏与储能技术的结合，特别是直流耦合方案的普及，储能逆变器已经取代了光伏逆变器的部分功能。在此背景下，“优化器+储能逆变器”的组合能够满足发电端的功率优化、直流充电以及负载端使用等多种需求，使得优化器的应用场景更加丰富和灵活。

最后，优化器还适用于对因组件失配导致发电量严重损失的老电站进行改造，这一应用场景并不适合微型逆变器。

图4、三种技术路径结构对比

功率优化器由电流采样单元、主控单元、电源管理单元、功率转换单元和通讯单元组成，用到的元器件有MCU芯片、运放、升压MOS管、隔离驱动器、滤波电容、LDO芯片、存储芯片、变压器、ZigBee/Sub-G/PLC通信芯片、阻容感和连接器等。

图5、功率优化器硬件组成结构简图

以下是四款功率优化器拆解后的硬件组成分析：1、一款SolarEdge的700W功率优化器，型号是P700-5NC4MRX，支持125V输入，最高输出电压为80V，最大输出电流为15A，搭配SolarEdge逆变器使用。

表1、P700-5NC4MRX部分元器件

2、一款SolarEdge的330W功率优化器，型号是OPJ300-LV，支持5-55V/12.5A输入和5-60V/15A输出。

表2、OPJ300-LV部分元器件

3、一款SolarEdge的320W功率优化器，型号是P320-5NC4ARS，支持8-48V/11A DC输入，以及320W 5-60/15A DC输出，开路电压1V。

表3、P320-5NC4ARS部分元器件

4、一款华为的450W智能光伏优化器，型号是SUN2000-450W-P，支持450W输出功率，支持80V输入电压，最大输出电流为15A。

表4、SUN2000-450W-P部分元器件

总结一下，功率优化器上用到的元器件品牌有恩智浦、SolarEdge、海速芯、极海、海思、力合微、英飞凌、意法半导体、德州仪器、微芯、MPS、纳芯微、亚德诺、兆易创新、普冉、联笙电子、MACRONIX、宜普、沛波、铭普、科达嘉、京泉华等。光伏功率优化器在电气和硬件设计方面，对稳定性、可靠性和安全性方面要求会比商业级高，相应的芯片选型和项目设计工作会更难。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平台，过去数年已积累了丰富的优势货源。我们聚焦服务元器件长尾客户群，让每一家芯片原厂或分销商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，帮助工程师的方案选型、试样及采购，为电子产业供需略尽绵薄之力。

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