利用微型逆变器优化太阳能系统的设计

        对于优化太阳能系统的效率和可靠性而言，一种较新的手段是采用连接到每个太阳能板上的微型逆变器(micro-inverter)。为每块太阳能面板配备单独的微型逆变器使得系统可以适应不断变化的负荷和天气条件，从而能够为单块面板和整个系统提供最佳转换效率。

        微型逆变器架构还可简化布线，这也就意味着更低的安装成本。通过使消费者的太阳能发电系统更有效率，系统“收回”采用太阳能技术的最初投资所需的时间会缩短。

        电源逆变器是太阳能发电系统的关键电子组件。在商业应用中，这些组件连接光伏(PV)面板、储存电能的电池以及本地电力分配系统或公用事业电网。图1显示的是一个典型的太阳能逆变器，它把来自光伏阵列输出的极低的直流电压转换成电池直流电压、交流线路电压和配电网电压等若干种电压。

        在一个典型的太阳能采集系统中，多个太阳能板并联到一个逆变器，该逆变器将来自多个光伏电池的可变直流输出转换成干净的50Hz或60Hz正弦波逆变电源。

        此外，还应该指出的是，图1中的微控制器(MCU)模块TMS320C2000或MSP430通常包含诸如脉宽调制(PWM)模块和A/D转换器等关键的片上外设。

图1：传统电源转换架构包含一个太阳能逆变器，它从PV阵列接收低DC输出电压并产生AC线路电压。

        设计的主要目标是尽可能提高转换效率。这是一个复杂且需反复的过程，它涉及最大功率点跟踪算法(MPPT)以及执行相关算法的实时控制器。

        最大化电源转换效率

        未采用MPPT算法的逆变器简单地将光伏模块与电池直接连接起来，迫使光伏模块工作在电池电压。几乎无一例外的是，电池电压不是采集最多可用太阳能的理想值。

        图2说明了典型的75W光伏模块在25℃电池温度下的传统电流/电压特性。虚线表示的是电压(PV VOLTS)与功率(PV WATTS)之比。实线表示的是电压与电流(PV AMPS)之比。如图2所示，在12V时，输出功率大约为53W。换句话说，通过将光伏模块强制工作在12V，输出功率被限制在约53W。

        但采用MPPT算法后，情况发生了根本变化。在本例中，模块能实现最大输出功率的电压是17V。因此，MPPT算法的职责是使模块工作在17V，这样一来，无论电池电压是多少，都能从模块获取全部75W的功率。

        高效DC/DC电源转换器将控制器输入端的17V电压转换为输出端的电池电压。由于DC/DC转换器将电压从17V降至12V，本例中，支持MPPT功能的系统内电池充电电流是：(VMODULE/VBATTERY)×IMODULE，或(17V/12V)×4.45A =6.30A。

        假设DC/DC转换器的转换效率是100％，则充电电流将增加1.85A(或42％)。

        虽然本例假设逆变器处理的是来自单个太阳能面板的能量，但传统系统通常是一个逆变器连接多个面板。取决于应用的不同，这种拓扑既有优点又有缺点。