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实现更高效可靠的太阳能逆变器设计

2009-05-0711:24:49文章来源：电子工程专辑我来说两句(0)

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导读:由于能源需求不断增长，有报告称中国到2010年将成为头号二氧化碳排放国；

而化石能源的稀缺，使可再生能源成为全球性话题。

o关键字

o太阳能逆变器半导体

ace=Arial作者：苏宇

由于能源需求不断增长，有报告称中国到2010年将成为头号二氧化碳排放国；而化石

能源的稀缺，使可再生能源成为全球性话题。因此发展太阳能光伏技术成为中国节能减排战

略中的关键。《电子工程专辑》市场分析报告指出，2008年中国大陆光伏电池产量已居全

球第一，拥有诸如尚德、晶澳、中电光伏和天合等一批光伏电池精英生产商。而金融危机同

时也给了中国太阳能光伏产业一个整合与升级的良机。

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当前，太阳能光伏市场(包括光伏模块和逆变器)正以每年约30%的年累积速度增长。太

阳能逆变器的作用是将随太阳能辐射及光照变化的DC电压转换成为电网兼容的AC输出；

而对于广大电子工程师而言，太阳能逆变器是一个值得高度关注的技术领域。因此下文将介

绍太阳能逆变器设计所需注意的技术要点、挑战以及相应的解决方法。

基本设计标准

基于太阳能逆变器的专用性以及保持设计的高效率，它需要持续监视太阳能电池板阵列

的电压和电流，从而了解太阳能电池板阵列的瞬时输出功率。它还需要一个电流控制的反馈

环，用于确保太阳能电池板阵列工作在最大输出功率点，以应付多变的高输入。目前，太阳

能逆变器已有多种拓扑结构，最常见的是用于单相的半桥、全桥和Heric(Sunways专利)逆变

器，以及用于三相的六脉冲桥和中点钳位（NPC）逆变器；图1所示是这些逆变器的拓扑图

(Microsemi图源)。同时，设计还需遵从安全规范，并在电网发生故障的时候可以快速断开

与电网的连接。因此，太阳能逆变器的基本设计标准包括额定电压、容量、效率、电池能效、

输出AC电源质量、最大功率点跟踪（MPPT）效能、通信特性和安全性。

图1a：半桥逆变。图1b：全桥逆变器

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图1c：Heric逆变器

图1d：三相桥逆变器。图1e：NPC三级逆变器

额定电压：太阳能逆变器的主要功能是把来自光伏面板（有时是经过稳压的DC电压）

的可变DC电压转换为AC电压以驱动负载或给电网供电。最常用的单相和三相AC电压分

别为120V/220V以及208V/380V；而对工业应用来说，480V也很常见。对选定的逆变器拓

扑来说，输出AC电压的范围将决定DC母线电压以及每个半导体开关的额定电压。

容量：它是太阳能逆变器额定功率的另一个说法。该数值在200W（面板集成模块）到

数百千瓦之间。容量越大，逆变器的体积越大、价格越高。太阳能逆变器的成本以美元/瓦

来衡量。就一个恰到好处的设计而言，确定容量时，必须把浪涌、过载以及连续工作模式等

情况考虑在内。

效率：每个太阳能逆变器都有其对效率（输出功率/输入功率）的要求，例如，一个数

千瓦系统的典型效率可达95%。基于太阳能阵列的能量转换效率相对低（约在15%左右）

的事实，所以，就以最小的太阳能面板获得最多的输出功率来说，高效逆变器具有非常重要

的意义。

电池能力：在逆变器的DC侧加装电池组起着能量缓存器的作用，它能平抑DC电压可

能的波动并把负载还未使用的能量存储起来。电池能力的一个优点是当天黑时仍可持续提供

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能量。任何加装了电池的太阳能逆变器都需要电池控制器，虽