太阳能逆变电源基本设计要点与方法总结

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

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。