高效率太阳能逆变器的设计

从人类进入文明社会早期开始，我们的祖先就受益于太阳能，例如，进行照明、加热以及烹饪等。太阳使许多生态能量以生物的形式固定下来，以及通过天气，甚至风的作用施加影响。随着矿物燃料成本的逐步提高，美国社会正在促进太阳能的使用，如用于加热，特别是使用一流的、可靠的，可以接入输电网络中的太阳能电池光伏系统。

　　太阳能电池的作用从诞生一个多世纪以来，已经被人熟知，而且电池面板的普及应用也已经有半个多世纪了。太阳能电池面板由石英硅单元或者采用新型薄膜技术的单元组成。在民用照明系统中，太阳光通过电池面板转换成直流电，然后通过一个电子太阳能并网逆变器用于和电网互连。

　　与太阳能电池面板相比，逆变器由于本身固有的复杂性，被认为是系统中可靠性最低的一部分。因此，如果希望系统有超过20年的使用寿命，并具有很高的客户满意度，那么选择声誉良好的供应商和签订有益的保障条款就变得极为重要。

图1 常规意义的平坦效率特征曲线图

　　本文主要讲述对系统性能有最大影响的串联逆变器中3个技术领域：串联的数量、光电转换效率以及系统监控。

　　串联的数量

　　串连的数量是系统要求的电池面板数量和类型与逆变器之间的匹配。在选择电池面板和逆变器时，理解所使用的技术或当地国家编码规范所要求的接地类型是非常重要的。石英面板在大部分地区使用时是无需接地的，但是由于表面充电累积效应的影响，有一种高效的后端连接面板需要正极接地以避免效率损失。

　　在薄膜技术中使用透明氧化传导（Transparent Oxide Conducting：TCO）技术的经验表明，由于离子迁移现象，电池面板会被加速腐蚀，因此许多生产商推荐负极接地。两种接地方式都需要在逆变器中进行电流隔离。幸运的是，用于电流隔离的变压器使在逆变器中采用更宽输入电压范围成为可能。

　　可以使用的输入电压范围被称之为最大跟踪功率点（Maximum Power Point Tracking：MPPT），也就是逆变器可以从串联面板中所提取的最大功率。串联电压会随着温度的变化而有很大的波动，所以必须使之稳定地落在额定范围内。美国国家电气编码规范要求逆变器必须能够容忍最高达600V的直流输入电压，这种非常宽的MPPT范围为系统设计者带来了极大的灵活性。