設(shè)計(jì)一個(gè)不同類型的太陽(yáng)能逆變器

一家研究公司[1]預(yù)測(cè)表明，太陽(yáng)能裝機(jī)數(shù)量的增長(zhǎng)將有可能在2015年實(shí)現(xiàn)歷史性的25%；而全球太陽(yáng)能的發(fā)電量也將從2014年的40GW猛增至50GW。在每一臺(tái)太陽(yáng)能能量采集器中，其中一個(gè)關(guān)鍵終端設(shè)備就是太陽(yáng)能逆變器。太陽(yáng)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)的最大部分仍然是可再生能源領(lǐng)域，特別是太陽(yáng)能領(lǐng)域的應(yīng)用。

當(dāng)安裝在住宅或公司中時(shí)，太陽(yáng)能逆變器可以連接至電網(wǎng)，來(lái)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(shí)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(shuō)在電網(wǎng)電壓消失時(shí)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(shí)向電網(wǎng)輸電。

傳統(tǒng)上，一系列的太陽(yáng)能板被連接至一個(gè)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(yáng)能裝機(jī)容量。對(duì)于一個(gè)太陽(yáng)能電站來(lái)說(shuō)，一個(gè)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(jì)正確時(shí)，可以使得整個(gè)太陽(yáng)能采集器系統(tǒng)的安裝成本更低。另外一個(gè)拓?fù)涫谴笮∨c單個(gè)太陽(yáng)能板相匹配的太陽(yáng)能微型逆變器，或者大約為200W至300W。通過(guò)分步執(zhí)行逆變過(guò)程，太陽(yáng)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(wú)法達(dá)到串型逆變器的輸入電壓。

這些不同類型太陽(yáng)能逆變器的核心是幾個(gè)重要的子系統(tǒng)：

數(shù)字控制器

一個(gè)典型的太陽(yáng)能逆變器包括一個(gè)連接至電網(wǎng)，用于DC-AC的全橋，以及一個(gè)連接至太陽(yáng)能板，增強(qiáng)逆變器輸入電壓，以使其能夠?qū)㈦娏︷伻腚娋W(wǎng)的DC-DC級(jí)。太陽(yáng)能逆變器的目的是從太陽(yáng)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(diǎn)，功率級(jí)電壓和電流必須被準(zhǔn)確采樣，并且需要為DC-AC和DC-DC中的電源開(kāi)關(guān)準(zhǔn)確生成脈寬調(diào)制 (PWM)。通過(guò)更快地感測(cè)線路負(fù)載變化，一個(gè)數(shù)字控制器可以更加高效，并且會(huì)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(gè)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(jí)集成的其它功能。

隔離

在很多功率電子元件設(shè)計(jì)中，克服電壓限制是一個(gè)巨大問(wèn)題。為了感測(cè)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(hào)能夠穿過(guò)功率邊界，但是阻斷高壓DC。這項(xiàng)隔離技術(shù)具有較長(zhǎng)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(dòng)器

為了對(duì)電源路徑進(jìn)行控制，我們使用MOSFET和IGBT。這些器件的設(shè)計(jì)目的是為了能夠開(kāi)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(dòng)它們。輸入運(yùn)行為電容器，每次開(kāi)關(guān)FET時(shí)，必須對(duì)電容器進(jìn)行充放電。當(dāng)按照逆變器所要求的高速度來(lái)開(kāi)關(guān)這些器件時(shí)，會(huì)需要幾安培的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)它們。如果開(kāi)關(guān)速度不夠快，轉(zhuǎn)換級(jí)的效率會(huì)受到巨大損失。為了達(dá)到這一目的，可以使用專用驅(qū)動(dòng)器，這些驅(qū)動(dòng)器將來(lái)自控制器的數(shù)字PWM轉(zhuǎn)換為FET所需的電流。

其中一個(gè)即將出現(xiàn)的趨勢(shì)就是監(jiān)視和控制住宅/商用太陽(yáng)能裝機(jī)數(shù)量的能源生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。在太陽(yáng)能采集器系統(tǒng)中，增加ZigBee®, 6LowPAN等低功率無(wú)線連通性標(biāo)準(zhǔn)，或者諸如電力線通信 (PLC) 的有線通信變得越來(lái)越常見(jiàn)。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(hù)工作。

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C2000™ 太陽(yáng)能DC/AC單極逆變器

支持最大功率點(diǎn)跟蹤 (MPPT) 的C2000™ 太陽(yáng)能DC/DC轉(zhuǎn)換器

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