更智能的太阳能供电-智能汇流盒

在过去的10年中，光伏（PV）系统的应用呈几何级增长，但在电网中的供电量却仅占极少的比例。作为一种清洁能源，太阳能发电系统为何不能为世界各地的电网提供更多的电能呢?阻碍光伏系统大规模推广的主要原因是费用（美元/瓦）和效率方面的考量。在开发新的太阳能技术（太阳能逆变器、电源优化器等）时，系统设计人员必须利用智能系统和子系统拓扑结构提高效率，降低单位成本。

图1. 光伏阵列

光伏系统的效率主要取决于电能转换子系统和对光伏模块功率的实时监测。传统的做法是将两种功能集成于太阳能逆变器中，这样系统架构师便可以设计更高效的电源转换级，同时实现多支路功率监控。单个光伏阵列中的光伏支路数量增加后，其电容量也会增加到50千瓦或以上，因此有必要将光伏支路整合到逆变器前的一个高压直流（DC）总线中。这个系统被称为太阳能汇流箱。太阳能汇流箱可以减少外部电缆和铜直流母线，进而降低总系统成本。太阳能汇流箱中还可以按照光伏系统安装的地区标准安装手动安全隔离开关。

随着光伏阵列尺寸的增加，效率问题日益突显。由于电流传感器需要监测更多的面板和支路，因此可能无法及时检测到面板中发生的微小故障，造成无法修复的损坏。而由于故障未被检测到，太阳能电池板便无法满负荷运行，光伏系统的运行效率便会降低。在检测到故障后，技术人员必须在多支路中查找损坏的太阳能电池板。与之相比，支路级电流感应具有更高的成本效益，它可以减少系统停机时间和设备更换成本，降低单位电量的成本。

为提高多支路级监控到支路级监控之间的过度梯度，通过集成电流和电压感测和监测技术，太阳能汇流箱可升级为智能汇流箱。除了电流和电压感应这一“智能”技术，智能汇流箱还包括另外一个关键特性：过电流保护。若出现安全问题或判定设备可能遭受进一步损坏，可将单个支路从整个太阳能发电系统断开，这样便可以节省设备更换费用。图2是安装智能汇流箱的光伏系统的可视化框图。

图2. 安装智能汇流箱的光伏系统

通过精确的高侧电流感应，智能汇流箱降低了系统成本，提高了系统效率。TI在电流测量领域提供众多的隔离和非隔离式解决方案，包括磁通门传感器（使用闭环补偿磁通门传感器参考设计的±15A电流传感器），霍尔效应传感器（使用双极供电参考设计的100A闭环电流传感器的参考设计），以及分流器监测器（40V至400V单向电流/电压/功率监控参考设计）。这些解决方案可以完全满足智能汇流箱对高侧电流感应精度、成本和电流范围的要求。