一文看懂：微型光伏逆變器設計要素及拓撲結構

　　 1.微型逆變器設計要素   　　與整個系統使用一個逆變器相比，為系統內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的轉換效率。微型逆變器拓撲的主要好處是，即便其中一個逆變器出現故障，能量轉換仍能進行。設計微型逆變器需要考慮的要素如下：   　　1）變換效率高。并網逆變器的變換效率直接影響整個發電系統的效率，為了保證整個系統較高的發電效率，要求并網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該與太陽能電池組件的壽命相當。   　　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。低成本是產品發展的必然趨勢，也是微型逆變器市場化的需求。   　　仔細權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，當并聯太陽能電池組件時需要負載平衡控制。所選MCU必須能檢測負載電流以及能通過開/關控制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用所設計的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。能夠同時運行兩個系統時鐘的能力也有助于減少太陽能電池組件安裝時出現的問題。   　　由于在微型逆變器設計中凝聚了如此多的創新，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計和控制中擁有最高的靈活性。片上集成恰當的控制外設以及高模擬集成度是保證系統低成本的兩個基本要素，為執行針對優化轉換、系統監控和能量存儲各環節中的效率所開發出的算法，高性能也是必需的。   　 　2.微型逆變器拓撲結構   　　微型逆變器的特殊應用需求，決定了其不能采用傳統的降壓型逆變器拓撲結構，如全橋、半橋等拓撲，而應該選擇能夠同時實現升降壓變換功能的變換器拓撲，除能夠實現升降壓變換功能外，還應實現電氣隔離；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現電氣隔離，需要采用高頻變壓器。   　　可選的拓撲方案包括：高頻鏈逆變器、升壓變換器與傳統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變換器拓撲結構簡潔，控制簡單、可靠性高，是一種較好的拓撲方案，目前英偉力等公司開發的微型逆變器產品均是基于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頻率，而開關頻率的提高必然導致開關損耗升高、變換效率下降，因此小體積與高效率兩者之間是矛盾的，高頻軟開關技術是解決兩者矛盾的有效方法，軟開關技術可以在不增加開關損耗的前提下提高開關頻率。   　　在許多應用中，使用微型逆變器拓撲可以顯著提高系統整體效率。在太陽能電池組件級，效率有望提升30％。但由于各應用差異很大，系統級改善的“平均”百分比并沒多大意義。當評估微型變頻器在具體應用中的價值時，應從幾個方面考慮拓撲結構。   　　1）在小型應用中，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轉換器使各太陽能電池組件的輸出電壓統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轉換器和逆變器設計成一個模塊。用于本地電源線路或連接配電網的DC/AC轉換器也可被整合進該模塊。   　　3）太陽能太陽能電池組件必須要互相通信，這會增加導線和復雜性。這是對在模塊中包含逆變器、DC/DC轉換器和太陽能電池組件的另一個爭論點。   　　4）每個逆變器的MCU仍然必須有足夠能力來運行多個MPPT算法以適應不同的工作環境。   　　5）采用多個MCU會加大整體系統的成本。   　　研究和開發簡單有效的軟開關技術并將軟開關技術與具體的微型逆變器拓撲相結合是微型逆變器開發需要解決的關鍵問題之一，英偉力公司引入諧振軟開關技術有效改善了微型逆變器的變換效率，其發布的MAC250微型逆變器產品最高效率達到95%以上，CEC效率達到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，因此研究和開發無電解電容功率變換技術是微型逆變器開發需要解決的另一個課題。

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