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編者按：微型逆變器設(shè)計(jì)要素需考慮變換效率、可靠性、壽命、體積、成本等，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需能夠同時實(shí)現(xiàn)升降壓變換功能和實(shí)現(xiàn)電氣隔離。


 

與整個系統(tǒng)使用一個逆變器相比，為系統(tǒng)內(nèi)每個太陽能電池組件都配備一個微型逆變器會再次提升整個系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。微型逆變器拓?fù)涞闹饕锰幨牵幢闫渲幸粋€逆變器出現(xiàn)故障，能量轉(zhuǎn)換仍能進(jìn)行。設(shè)計(jì)微型逆變器需要考慮的要素如下：
 

1）變換效率高。并網(wǎng)逆變器的變換效率直接影響整個發(fā)電系統(tǒng)的效率，為了保證整個系統(tǒng)較高的發(fā)電效率，要求并網(wǎng)微型逆變器具有較高的變換效率。
 

2）可靠性高。由于微型逆變器直接與太陽能電池組件集成，一般與太陽能電池組件一起放于室外，其工作環(huán)境惡劣，要求微型逆變器具有較高的可靠性
 

3）壽命長。太陽能電池組件的壽命一般為二十年，微型逆變器的使用壽命應(yīng)該與太陽能電池組件的壽命相當(dāng)。
 

4）體積小。微型逆變器直接與太陽能電池組件集成在一起，其體積越小越容易與太陽能電池組件集成。
 

5）成本低。低成本是產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢，也是微型逆變器市場化的需求。
 

仔細(xì)權(quán)衡這些高層次要求是確定MCU需要哪些功能的最好方法，例如，當(dāng)并聯(lián)太陽能電池組件時需要負(fù)載平衡控制。所選MCU必須能檢測負(fù)載電流以及能通過開/關(guān)控制MOSFET升高或降低輸出電壓，這需要一個高速片上ADC來采樣電壓和電流。
 

對于針對光伏逆變器應(yīng)用所設(shè)計(jì)的MCU，一個極具價值的特性是雙片上振蕩器，可用于時鐘故障檢測以提高可靠性。能夠同時運(yùn)行兩個系統(tǒng)時鐘的能力也有助于減少太陽能電池組件安裝時出現(xiàn)的問題。
 

由于在微型逆變器設(shè)計(jì)中凝聚了如此多的創(chuàng)新，對MCU來說，其最重要的特性也許就是軟件編程能力，該特性使得在電源電路設(shè)計(jì)和控制中擁有最高的靈活性。片上集成恰當(dāng)?shù)目刂仆庠O(shè)以及高模擬集成度是保證系統(tǒng)低成本的兩個基本要素，為執(zhí)行針對優(yōu)化轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)監(jiān)控和能量存儲各環(huán)節(jié)中的效率所開發(fā)出的算法，高性能也是必需的。
 

微型逆變器的特殊應(yīng)用需求，決定了其不能采用傳統(tǒng)的降壓型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如全橋、半橋等拓?fù)?，而?yīng)該選擇能夠同時實(shí)現(xiàn)升降壓變換功能的變換器拓?fù)?，除能夠?qū)崿F(xiàn)升降壓變換功能外，還應(yīng)實(shí)現(xiàn)電氣隔離；另一方面，高效率、小體積的要求決定了其不能采用工頻變壓器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，需要采用高頻變壓器。
 

可選的拓?fù)浞桨赴ǎ焊哳l鏈逆變器、升壓變換器與傳統(tǒng)逆變器相組合的兩級式變換、基于隔離式升降壓變換器的Flyback逆變器等幾種，其中Flyback變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡潔，控制簡單、可靠性高，是一種較好的拓?fù)浞桨福壳坝チΦ裙鹃_發(fā)的微型逆變器產(chǎn)品均是基于Flyback變換器。
 

為了減小微型逆變器的體積，要求提高逆變器的開關(guān)頻率，而開關(guān)頻率的提高必然導(dǎo)致開關(guān)損耗升高、變換效率下降，因此小體積與高效率兩者之間是矛盾的，高頻軟開關(guān)技術(shù)是解決兩者矛盾的有效方法，軟開關(guān)技術(shù)可以在不增加開關(guān)損耗的前提下提高開關(guān)頻率。
 

在許多應(yīng)用中，使用微型逆變器拓?fù)淇梢燥@著提高系統(tǒng)整體效率。在太陽能電池組件級，效率有望提升30％。但由于各應(yīng)用差異很大，系統(tǒng)級改善的“平均”百分比并沒多大意義。當(dāng)評估微型變頻器在具體應(yīng)用中的價值時，應(yīng)從幾個方面考慮拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
 

1）在小型應(yīng)用中，各太陽能電池組件有可能面臨基本相同的光照、溫度和陰影等條件。因此，微型逆變器在提升效率方面作用有限。
 

2）為使各太陽能電池組件工作在不同電壓以獲得最高能效，要求采用DC/DC轉(zhuǎn)換器使各太陽能電池組件的輸出電壓統(tǒng)一于儲能蓄電池的工作電壓。為盡可能降低制造成本，可把DC/DC轉(zhuǎn)換器和逆變器設(shè)計(jì)成一個模塊。用于本地電源線路或連接配電網(wǎng)的DC/AC轉(zhuǎn)換器也可被整合進(jìn)該模塊。
 

3）太陽能太陽能電池組件必須要互相通信，這會增加導(dǎo)線和復(fù)雜性。這是對在模塊中包含逆變器、DC/DC轉(zhuǎn)換器和太陽能電池組件的另一個爭論點(diǎn)。
 

4）每個逆變器的MCU仍然必須有足夠能力來運(yùn)行多個MPPT算法以適應(yīng)不同的工作環(huán)境。
 

5）采用多個MCU會加大整體系統(tǒng)的成本。
 

研究和開發(fā)簡單有效的軟開關(guān)技術(shù)并將軟開關(guān)技術(shù)與具體的微型逆變器拓?fù)湎嘟Y(jié)合是微型逆變器開發(fā)需要解決的關(guān)鍵問題之一，英偉力公司引入諧振軟開關(guān)技術(shù)有效改善了微型逆變器的變換效率，其發(fā)布的MAC250微型逆變器產(chǎn)品最高效率達(dá)到95%以上，CEC效率達(dá)到94.5%以上。
 

太陽能電池組件的壽命一般為20～25年，要求微型逆變器的壽命必須接近太陽能電池組件，而電解電容是功率變換器壽命的瓶頸，要使微型逆變器達(dá)到太陽能電池組件的壽命，必須減少或避免電解電容的使用，因此研究和開發(fā)無電解電容功率變換技術(shù)是微型逆變器開發(fā)需要解決的另一個課題。