關于可再生能源的獲得可通過微型逆變器連接太陽能板

優化太陽能系統效率和可靠性的一種較新方法是使用連接至每個單獨太陽能板的微型逆變器。為每個太陽能板都安裝其自己的微型逆變器，讓系統可以適應其變化的負載和空氣環境，從而為單個太陽能板和整個系統提供最佳的轉換效率。微型逆變器構架還實現了更簡單的布線，從而實現更低的安裝成本。通過提高用戶太陽能系統的效率可縮短系統的初始技術投入回報時間。

圖1.傳統的電源轉換器構架包括一個太陽能逆變器，其從一個PV陣列接收低DC輸出電壓，然后產生AC線壓

電源逆變器是太陽能發電系統中關鍵的電子組件。在一些商業應用中，這些組件連接光伏(PV)板、存儲電荷的電池以及局域配電系統或公共電網。圖1顯示的是一款典型的太陽能逆變器，它從PV陣列DC輸出獲得非常低的電壓，然后將其轉換成DC電池電壓、AC線壓和配電網電壓的某種組合。

在一個典型的太陽能采集系統中，多塊太陽能板以并聯方式連接到一個單逆變器，該逆變器將多個PV單元的可變DC輸出轉換成一種清潔的正弦曲線50-Hz或60-Hz電壓源。

另外，應該注意的是，圖1中微型控制器(MCU)模塊、TMS320C2000或MSP430微型控制器一般包括脈寬調制(PWM)模塊和A/D轉換器等關鍵片上外圍器件。

主要設計目標是最大化轉換效率。這是一個復雜、反復的過程，涉及了算法（最大功率點追蹤算法，MPPT）以及執行這些算法的實時控制器。

電源轉換最大化

不使用MPPT算法的逆變器只是將模塊直接連接到電池，強制它們在電池電壓下工作。幾乎無一例外，電池電壓并非是采集最大化可用太陽能的理想值。

圖2.相比非MPPT系統的53W，最大功率點追蹤(MPPT)算法實現了75W PV輸出

圖2描述了一個典型75W模塊和25°C電池溫度的傳統電流/電壓特性。虛線代表電壓（PV伏特）與功率（PV瓦特）的關系。實線表示電壓與電流（PV安培）的關系。正如圖2所示，12V條件下，輸出功率約為53W。換句話說，強制PV模塊在12V下工作后，功率被限定在約53W。

實施MPPT算法后，情況大為不同。本例中，模塊達到最大功率時的電壓為17V。因此，MPPT算法的作用是讓模塊工作在17V電壓下，從而獲得滿75W功率，其與電池電壓無關。

高效DC/DC電源轉換器將控制器輸入端的17V模塊電壓轉換為輸出端的電池電壓。由于DC/DC轉換器將17V電壓逐步降至12V，因此本例中MPPT系統的電池充電電流為：

(VMODULE/VBATTERY)×IMODULE或(17V/12V)×4.45A = 6.30A。

假設DC/DC轉換器為100% 轉換效率，則1.85A充電電流增加，也即可達到42%。

盡管本例假定逆變器正處理來自一個單太陽能板的能量，但傳統系統一般擁有許多連接至一個單逆變器的太陽能板。這種拓撲結構在具有很多優點的同時也存在一些不足，具體情況取決于應用。

MPPT算法

MPPT算法主要有三種：擾動觀察法、電導增量法和恒定電壓法。前兩種方法通常被稱作“爬山”法，因為它們利用這樣一個事實：MPP左側曲線不斷上升（dP/dV>0）而MPP右側曲線不斷下降（dP/dV0）。

擾動觀察法(PO)最為常見。該算法以特定方向對工作電壓進行微擾，然后對dP/dV進行采樣。如果dP/dV為正，則算法知道其朝MPP方向調節了電壓。然后，繼續以該方向調節電壓，直到dP/dV為負。

PO算法很容易實施，但有時它們會導致穩定狀態運行的MPP周圍出現振蕩。另外，在快速變化的空氣條件下，它們的響應時間較長，甚至會在錯誤的方向追蹤。

電導增量(INC)法使用PV陣列的增量電導dI/dV來計算dP/dV的符號。相比PO，INC快速追蹤變化的光照條件更加準確。然而，與PO相同，它會產生振蕩，并會在快速變化的空氣條件影響下變得混亂不清。另一個缺點是，其高復雜性增加了計算時間，并降低了采樣頻率。

第三種方法是恒定電壓法，其利用這樣一個事實：一般而言，VMPP/VOC的比約等于0.76。這種方法所出現的問題在于它要求立刻設置PV陣列電流為0來測量陣列的開路電壓。這樣，陣列的工作電壓便被設置為這一測量值的76%。但是，在這期間，陣列被斷開，浪費掉了有效能源。同時還發現，76%開電路電壓是一個非常接近值的同時，它卻并非總是與MPP一致。

由于沒有一個能夠成功地滿足所有常用情景要求的MPPT算法，因此許多設計人員都會走一些彎路，它們對系統進行環境條件評估然后選擇最佳的算法。實際上，有許多MPPT算法可以用，并且太陽能板廠商提供其自己的算法也很常見。

對于一些廉價的控制器來說，執行MPPT算法會是一項難以完成的任務。因為，除MCU的正常控制功能以外，算法還要求這些控制器擁有高性能的計算能力。先進的32位實時微控制器（例如：TI C2000平臺中的一些微控制器）就適用于眾多太陽能應用。

電源逆變器

使用單個逆變器具有諸多優點，其中最突出的是簡潔性和低成本。使用MPPT算法和其他技術可提高單逆變器系統的效率，但只是在一定程度上。單逆變器拓撲的下降趨勢明顯，但具體取決于應用。人們最為關心的是可靠性問題：如果一個逆變器故障，便會損失所有太陽板產生的能量，直到修復或者替換該逆變器為止。