太阳能光伏发电系统的发展为半导体行业带来新机会　２

　　一般来说，输入直流电压要比交流输出电压的电平要高，但是，由太阳能电池板提供的输入源电压通常没有那么高，因此，系统可以在交流输出一侧采用变压器提升电压，或在DC/DC转换级提升直流电压。

　　在变压器方案中，虽然它增加重量和逆变器的体积，并增加成本及造成转换效率的降低，但是，通过隔离变压器两侧的电路，它们提高了电路保护和人的安全性，防止直流电流到交流电一侧，而交流电的漏电流也不会造成光伏电池板与地之间的潜在问题。

　　在不采用变压器的系统中，为了防止负载切换时或者当外电路有严重扰动时烧毁MOSFET，在设计中要采用一种剩余电路保护器件(RCD)来监测各相的电流，如果电流超过某个数值，该器件就会触发保护继电器断路，从而保护转换和充电电路部分，使之免受电网上电压浪涌的破坏。

　　此外，如果电力线受到破坏或被迫关闭，逆变器就要停止向用电设备或电网供电。如果电力线电压偏低或欠压、或出现巨大的扰动时，要采用一种用于“非孤岛”逆变器的传感器来感测这种情况。当出现这种情况时，逆变器将自动地关闭向电网供电，或把电力传输到其它地方，从而防止它成为电力发电的“孤岛”。

　　正如DC/AC转换的效率取决于输入电压一样，电池充电的效率也取决于输入电压。光伏板由于受到季节、云层覆盖及日照时间的影响，电池的充电状态也会不断地变化。

　　有时候，降低给电池的电压而提高电流会提高总功率并加速充电；在另一些时候，可能有必要牺牲一些电流以实现更高的电压，从而实现完全地充电。如图4所示，对电池的最大输出功率出现在电压和电流积的峰值处。原文位置
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                   图4：当电压和电流之积为峰值时，对电池的输出功率为最大。

　　最大功率点输出跟踪(MPPT)被设计为确定这个峰值并调节DC/DC电压转换，以最大化充电输出。在冬季里，MPPT能够把太阳能发电系统的效率提高1/3。确定MPP的一种方式就是在每一个MPPT周期中，由控制器调节PV板的工作电压，并观察其输出电压。

　　为了确定真正的MPP点，MPPT算法在足够宽的范围内振荡，以避免因云层覆盖或平静的微风导致错误地选择功率曲线上的局部峰值作为MPP点。但是，这种方法的不足之处在于：在每一个周期中，它都偏离MPP点振荡，跟踪的效率低下。

　　作为一种替代解决方案，人们提出了一种增量自感算法，通过定义一个峰值，然后，求解功率曲线的微分，从而得出MPP点。虽然这种方法没有因宽范围振荡引起的低效率问题，但是，它存在把本地峰值误设为MPP点的可能。

　　把上述两种方法结合起来，既能够在较宽的范围内扫描，避免把局部峰值作为MPP点，同时，又能够提高最大功率点输出跟踪的效率，但是，这就需要采用性能最强的控制器。

　　用于逆变器的数字信号控制器必须满足若干实时处理的需要，以有效地执行精密的算法，从而提高DC/AC转换的效率并实现电路保护的功能。例如，德州仪器(TI)不久前宣布推出业界首款浮点数字信号控制器(DSC)—TMS320F2833x，在世界环境日之际以创新技术推动工业应用的环保发展。新型 TMS320F2833x 能够以150MHz频率提供每秒3亿次浮点运算(MFLOPS)，同时还能降低定点处理器的相关成本。该浮点处理器可帮助工业控制设计人员简化软件开发，增强系统性能，提高节能效率，因此，能够使太阳能逆变器提高太阳能板的能量转换效率，改善变速交流(AC)驱动的功率与性能。

　　目前，全球领先的太阳能逆变器制造商大都采用TI的DSC，以最大功率点跟踪(MPPT)算法以及不同负载情况下（如阴天、光照不强等）的动态算法调节来实现最大化系统峰值效率。

　　此外， 近来科学家研究发现，SiC器件具有优于GaAs和Si器件数倍的热传导率和电场击穿电压，因其效率高，性能好，制成的肖特基二极管成为了太阳能系统的理想解决方案，同样值得关注。