太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展為半導(dǎo)體行業(yè)帶來新機(jī)會(huì) ２
一般來說，輸入直流電壓要比交流輸出電壓的電平要高，但是，由太陽能電池板提供的輸入源電壓通常沒有那么高，因此，系統(tǒng)可以在交流輸出一側(cè)采用變壓器提升電壓，或在DC/DC轉(zhuǎn)換級(jí)提升直流電壓。
在變壓器方案中，雖然它增加重量和逆變器的體積，并增加成本及造成轉(zhuǎn)換效率的降低，但是，通過隔離變壓器兩側(cè)的電路，它們提高了電路保護(hù)和人的安全性，防止直流電流到交流電一側(cè)，而交流電的漏電流也不會(huì)造成光伏電池板與地之間的潛在問題。
在不采用變壓器的系統(tǒng)中，為了防止負(fù)載切換時(shí)或者當(dāng)外電路有嚴(yán)重?cái)_動(dòng)時(shí)燒毀MOSFET，在設(shè)計(jì)中要采用一種剩余電路保護(hù)器件(RCD)來監(jiān)測(cè)各相的電流，如果電流超過某個(gè)數(shù)值，該器件就會(huì)觸發(fā)保護(hù)繼電器斷路，從而保護(hù)轉(zhuǎn)換和充電電路部分，使之免受電網(wǎng)上電壓浪涌的破壞。
此外，如果電力線受到破壞或被迫關(guān)閉，逆變器就要停止向用電設(shè)備或電網(wǎng)供電。如果電力線電壓偏低或欠壓、或出現(xiàn)巨大的擾動(dòng)時(shí)，要采用一種用于“非孤島”逆變器的傳感器來感測(cè)這種情況。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，逆變器將自動(dòng)地關(guān)閉向電網(wǎng)供電，或把電力傳輸?shù)狡渌胤剑瑥亩乐顾蔀殡娏Πl(fā)電的“孤島”。
正如DC/AC轉(zhuǎn)換的效率取決于輸入電壓一樣，電池充電的效率也取決于輸入電壓。光伏板由于受到季節(jié)、云層覆蓋及日照時(shí)間的影響，電池的充電狀態(tài)也會(huì)不斷地變化。
有時(shí)候，降低給電池的電壓而提高電流會(huì)提高總功率并加速充電；在另一些時(shí)候，可能有必要犧牲一些電流以實(shí)現(xiàn)更高的電壓，從而實(shí)現(xiàn)完全地充電。如圖4所示，對(duì)電池的最大輸出功率出現(xiàn)在電壓和電流積的峰值處。
圖4：當(dāng)電壓和電流之積為峰值時(shí)，對(duì)電池的輸出功率為最大。
最大功率點(diǎn)輸出跟蹤(MPPT)被設(shè)計(jì)為確定這個(gè)峰值并調(diào)節(jié)DC/DC電壓轉(zhuǎn)換，以最大化充電輸出。在冬季里，MPPT能夠把太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率提高1/3。確定MPP的一種方式就是在每一個(gè)MPPT周期中，由控制器調(diào)節(jié)PV板的工作電壓，并觀察其輸出電壓。
為了確定真正的MPP點(diǎn)，MPPT算法在足夠?qū)挼姆秶鷥?nèi)振蕩，以避免因云層覆蓋或平靜的微風(fēng)導(dǎo)致錯(cuò)誤地選擇功率曲線上的局部峰值作為MPP點(diǎn)。但是，這種方法的不足之處在于：在每一個(gè)周期中，它都偏離MPP點(diǎn)振蕩，跟蹤的效率低下。
作為一種替代解決方案，人們提出了一種增量自感算法，通過定義一個(gè)峰值，然后，求解功率曲線的微分，從而得出MPP點(diǎn)。雖然這種方法沒有因?qū)挿秶袷幰鸬牡托蕟栴}，但是，它存在把本地峰值誤設(shè)為MPP點(diǎn)的可能。
把上述兩種方法結(jié)合起來，既能夠在較寬的范圍內(nèi)掃描，避免把局部峰值作為MPP點(diǎn)，同時(shí)，又能夠提高最大功率點(diǎn)輸出跟蹤的效率，但是，這就需要采用性能最強(qiáng)的控制器。
用于逆變器的數(shù)字信號(hào)控制器必須滿足若干實(shí)時(shí)處理的需要，以有效地執(zhí)行精密的算法，從而提高DC/AC轉(zhuǎn)換的效率并實(shí)現(xiàn)電路保護(hù)的功能。例如，德州儀器(TI)不久前宣布推出業(yè)界首款浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)—TMS320F2833x，在世界環(huán)境日之際以創(chuàng)新技術(shù)推動(dòng)工業(yè)應(yīng)用的環(huán)保發(fā)展。新型 TMS320F2833x 能夠以150MHz頻率提供每秒3億次浮點(diǎn)運(yùn)算(MFLOPS)，同時(shí)還能降低定點(diǎn)處理器的相關(guān)成本。該浮點(diǎn)處理器可幫助工業(yè)控制設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)化軟件開發(fā)，增強(qiáng)系統(tǒng)性能，提高節(jié)能效率，因此，能夠使太陽能逆變器提高太陽能板的能量轉(zhuǎn)換效率，改善變速交流(AC)驅(qū)動(dòng)的功率與性能。
目前，全球領(lǐng)先的太陽能逆變器制造商大都采用TI的DSC，以最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)算法以及不同負(fù)載情況下（如陰天、光照不強(qiáng)等）的動(dòng)態(tài)算法調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)最大化系統(tǒng)峰值效率。
此外， 近來科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，SiC器件具有優(yōu)于GaAs和Si器件數(shù)倍的熱傳導(dǎo)率和電場(chǎng)擊穿電壓，因其效率高，性能好，制成的肖特基二極管成為了太陽能系統(tǒng)的理想解決方案，同樣值得關(guān)注。
本文總結(jié)
中國(guó)政府在《可再生能源長(zhǎng)期規(guī)劃》提出，太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)容量到2010年將發(fā)展到450MWp，而2005年全國(guó)太陽能發(fā)電裝機(jī)容量?jī)H為6.5MWp，這就意味著中國(guó)太陽能裝機(jī)容量的復(fù)合增長(zhǎng)率將會(huì)高達(dá)38%以上。了解目前太陽能光伏市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)，把握太陽能光伏行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展是至關(guān)重要的。
在變壓器方案中，雖然它增加重量和逆變器的體積，并增加成本及造成轉(zhuǎn)換效率的降低，但是，通過隔離變壓器兩側(cè)的電路，它們提高了電路保護(hù)和人的安全性，防止直流電流到交流電一側(cè)，而交流電的漏電流也不會(huì)造成光伏電池板與地之間的潛在問題。
在不采用變壓器的系統(tǒng)中，為了防止負(fù)載切換時(shí)或者當(dāng)外電路有嚴(yán)重?cái)_動(dòng)時(shí)燒毀MOSFET，在設(shè)計(jì)中要采用一種剩余電路保護(hù)器件(RCD)來監(jiān)測(cè)各相的電流，如果電流超過某個(gè)數(shù)值，該器件就會(huì)觸發(fā)保護(hù)繼電器斷路，從而保護(hù)轉(zhuǎn)換和充電電路部分，使之免受電網(wǎng)上電壓浪涌的破壞。
此外，如果電力線受到破壞或被迫關(guān)閉，逆變器就要停止向用電設(shè)備或電網(wǎng)供電。如果電力線電壓偏低或欠壓、或出現(xiàn)巨大的擾動(dòng)時(shí)，要采用一種用于“非孤島”逆變器的傳感器來感測(cè)這種情況。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，逆變器將自動(dòng)地關(guān)閉向電網(wǎng)供電，或把電力傳輸?shù)狡渌胤剑瑥亩乐顾蔀殡娏Πl(fā)電的“孤島”。
正如DC/AC轉(zhuǎn)換的效率取決于輸入電壓一樣，電池充電的效率也取決于輸入電壓。光伏板由于受到季節(jié)、云層覆蓋及日照時(shí)間的影響，電池的充電狀態(tài)也會(huì)不斷地變化。
有時(shí)候，降低給電池的電壓而提高電流會(huì)提高總功率并加速充電；在另一些時(shí)候，可能有必要犧牲一些電流以實(shí)現(xiàn)更高的電壓，從而實(shí)現(xiàn)完全地充電。如圖4所示，對(duì)電池的最大輸出功率出現(xiàn)在電壓和電流積的峰值處。
圖4：當(dāng)電壓和電流之積為峰值時(shí)，對(duì)電池的輸出功率為最大。
最大功率點(diǎn)輸出跟蹤(MPPT)被設(shè)計(jì)為確定這個(gè)峰值并調(diào)節(jié)DC/DC電壓轉(zhuǎn)換，以最大化充電輸出。在冬季里，MPPT能夠把太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率提高1/3。確定MPP的一種方式就是在每一個(gè)MPPT周期中，由控制器調(diào)節(jié)PV板的工作電壓，并觀察其輸出電壓。
為了確定真正的MPP點(diǎn)，MPPT算法在足夠?qū)挼姆秶鷥?nèi)振蕩，以避免因云層覆蓋或平靜的微風(fēng)導(dǎo)致錯(cuò)誤地選擇功率曲線上的局部峰值作為MPP點(diǎn)。但是，這種方法的不足之處在于：在每一個(gè)周期中，它都偏離MPP點(diǎn)振蕩，跟蹤的效率低下。
作為一種替代解決方案，人們提出了一種增量自感算法，通過定義一個(gè)峰值，然后，求解功率曲線的微分，從而得出MPP點(diǎn)。雖然這種方法沒有因?qū)挿秶袷幰鸬牡托蕟栴}，但是，它存在把本地峰值誤設(shè)為MPP點(diǎn)的可能。
把上述兩種方法結(jié)合起來，既能夠在較寬的范圍內(nèi)掃描，避免把局部峰值作為MPP點(diǎn)，同時(shí)，又能夠提高最大功率點(diǎn)輸出跟蹤的效率，但是，這就需要采用性能最強(qiáng)的控制器。
用于逆變器的數(shù)字信號(hào)控制器必須滿足若干實(shí)時(shí)處理的需要，以有效地執(zhí)行精密的算法，從而提高DC/AC轉(zhuǎn)換的效率并實(shí)現(xiàn)電路保護(hù)的功能。例如，德州儀器(TI)不久前宣布推出業(yè)界首款浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)—TMS320F2833x，在世界環(huán)境日之際以創(chuàng)新技術(shù)推動(dòng)工業(yè)應(yīng)用的環(huán)保發(fā)展。新型 TMS320F2833x 能夠以150MHz頻率提供每秒3億次浮點(diǎn)運(yùn)算(MFLOPS)，同時(shí)還能降低定點(diǎn)處理器的相關(guān)成本。該浮點(diǎn)處理器可幫助工業(yè)控制設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)化軟件開發(fā)，增強(qiáng)系統(tǒng)性能，提高節(jié)能效率，因此，能夠使太陽能逆變器提高太陽能板的能量轉(zhuǎn)換效率，改善變速交流(AC)驅(qū)動(dòng)的功率與性能。
目前，全球領(lǐng)先的太陽能逆變器制造商大都采用TI的DSC，以最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)算法以及不同負(fù)載情況下（如陰天、光照不強(qiáng)等）的動(dòng)態(tài)算法調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)最大化系統(tǒng)峰值效率。
此外， 近來科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，SiC器件具有優(yōu)于GaAs和Si器件數(shù)倍的熱傳導(dǎo)率和電場(chǎng)擊穿電壓，因其效率高，性能好，制成的肖特基二極管成為了太陽能系統(tǒng)的理想解決方案，同樣值得關(guān)注。
本文總結(jié)
中國(guó)政府在《可再生能源長(zhǎng)期規(guī)劃》提出，太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)容量到2010年將發(fā)展到450MWp，而2005年全國(guó)太陽能發(fā)電裝機(jī)容量?jī)H為6.5MWp，這就意味著中國(guó)太陽能裝機(jī)容量的復(fù)合增長(zhǎng)率將會(huì)高達(dá)38%以上。了解目前太陽能光伏市場(chǎng)發(fā)展動(dòng)態(tài)，把握太陽能光伏行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展是至關(guān)重要的。
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