一家研究公司[1]預(yù)測表明，太陽能裝機數(shù)量的增長將有可能在2015年實現(xiàn)歷史性的25%；而全球太陽能的發(fā)電量也將從2014年的40GW猛增至50GW。在每一臺太陽能能量采集器中，其中一個關(guān)鍵終端設(shè)備就是太陽能逆變器。太陽能逆變器，或者任何一種具有相似功能的器件，將接收直流 (DC) 輸入，并且將其轉(zhuǎn)換為可用于住宅或商業(yè)用途的標準電器和電子元器件的交流 (AC) 輸出。雖然可以應(yīng)用于任何高功率直流源，逆變器增長的最大部分仍然是可再生能源領(lǐng)域，特別是太陽能領(lǐng)域的應(yīng)用。
當安裝在住宅或公司中時，太陽能逆變器可以連接至電網(wǎng)，來抵消一部分能耗，或者，在某些情況下甚至將能量傳回電網(wǎng)。為了實現(xiàn)這一目的，必須將其AC輸出與電網(wǎng)電壓同步，或者符合特定的安全要求，比如說在電網(wǎng)電壓消失時關(guān)閉AC輸出。我們可不希望工人在暴風(fēng)雨之后維修高壓線路時向電網(wǎng)輸電。
傳統(tǒng)上，一系列的太陽能板被連接至一個串型逆變器。這些逆變器接受大約600V DC（在使用住宅用串型逆變器的情況下）輸入，等于幾千瓦的太陽能裝機容量。對于一個太陽能電站來說，一個逆變器需要具有合適的尺寸，但是將轉(zhuǎn)換集中在一起（中央逆變器），并且在設(shè)計正確時，可以使得整個太陽能采集器系統(tǒng)的安裝成本更低。另外一個拓撲是大小與單個太陽能板相匹配的太陽能微型逆變器，或者大約為200W至300W。通過分步執(zhí)行逆變過程，太陽能陣列可以適應(yīng)復(fù)雜程度高很多的屋頂，并且能夠?qū)崿F(xiàn)更小陣列的安裝，而通常情況下，這些較小的陣列無法達到串型逆變器的輸入電壓。
這些不同類型太陽能逆變器的核心是幾個重要的子系統(tǒng)：
數(shù)字控制器
一個典型的太陽能逆變器包括一個連接至電網(wǎng)，用于DC-AC的全橋，以及一個連接至太陽能板，增強逆變器輸入電壓，以使其能夠?qū)㈦娏︷伻腚娋W(wǎng)的DC-DC級。太陽能逆變器的目的是從太陽能板中提取最大功率，并且將潔凈能源饋入電網(wǎng)。為了確保這一點，功率級電壓和電流必須被準確采樣，并且需要為DC-AC和DC-DC中的電源開關(guān)準確生成脈寬調(diào)制 (PWM)。通過更快地感測線路負載變化，一個數(shù)字控制器可以更加高效，并且會由于更高工作頻率而具有更大的功率密度，此外，由于我們使用的是一個完整的中央處理器元件內(nèi)核，數(shù)字控制器能夠提供某些用于系統(tǒng)級集成的其它功能。
隔離
在很多功率電子元件設(shè)計中，克服電壓限制是一個巨大問題。為了感測和控制這些電壓，我們使用電容隔離器件。這些器件使得高頻信號能夠穿過功率邊界，但是阻斷高壓DC。這項隔離技術(shù)具有較長的使用壽命和低電磁輻射，從而使其非常適合于工業(yè)應(yīng)用。在這些逆變器中，我們還使用隔離式電源，這樣的話，我們可以有效地在隔離邊界的另一側(cè)為電子元器件供電，并且為高壓MOSFET和IGBT供電，以控制電源路徑。
柵極驅(qū)動器
為了對電源路徑進行控制，我們使用MOSFET和IGBT。這些器件的設(shè)計目的是為了能夠開關(guān)極高電壓和電流，這使得它們成為逆變器中數(shù)字降壓轉(zhuǎn)換器的理想選擇。使用這些器件的關(guān)鍵在于正確地驅(qū)動它們。輸入運行為電容器，每次開關(guān)FET時，必須對電容器進行充放電。當按照逆變器所要求的高速度來開關(guān)這些器件時，會需要幾安培的電流來驅(qū)動它們。如果開關(guān)速度不夠快，轉(zhuǎn)換級的效率會受到巨大損失。為了達到這一目的，可以使用專用驅(qū)動器，這些驅(qū)動器將來自控制器的數(shù)字PWM轉(zhuǎn)換為FET所需的電流。
其中一個即將出現(xiàn)的趨勢就是監(jiān)視和控制住宅/商用太陽能裝機數(shù)量的能源生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在太陽能采集器系統(tǒng)中，增加ZigBee®, 6LowPAN等低功率無線連通性標準，或者諸如電力線通信 (PLC) 的有線通信變得越來越常見。一旦被連接至回程網(wǎng)絡(luò)，將輸入傳至云端，用戶可以在任何地方輕易地查看這些數(shù)據(jù)。此外，通信系統(tǒng)可以被用于系統(tǒng)監(jiān)視，以及警告擁有者任何可能即將出現(xiàn)的養(yǎng)護工作。
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