基于微型逆变器的太阳能系统优化设计

个逆变器有许多好处，其中最突出的是简单和低成本。采用MPPT算法和其它技术提高了单逆变器系统的效率，但这只是在一定程度上。根据应用的不同，单个逆变器拓扑的缺点会很明显。最突出的是可靠性问题：只要这个逆变器发生故障，那么在该逆变器被修好或更换前，所有面板产生的能量都浪费掉了。

即使逆变器工作正常，单逆变器拓扑也可能对系统效率产生负面影响。在大多数情况下，为达到最高效率，每个太阳能电池板都有不同的控制要求。决定各面板效率的因素有：面板内所含光伏电池组件的制造差异、不同的环境温度、阴影和方位造成的不同光照强度(接收到的太阳原始能量)。

与整个系统使用一个逆变器相比，为系统内每个太阳能电池板都配备一个微型逆变器会再次提升整个系统的转换效率。微型逆变器拓扑的主要好处是，即便其中一个逆变器出现故障，能量转换仍能进行。

采用微型逆变器的其它好处包括能够利用高分辨率PWM调整每个太阳能板的转换参数。由于云朵、阴影和背阴会改变每个面板的输出，为每个面板配备独有的微型逆变器就允许系统适应不断变化的负载情况。这为各面板及整个系统都提供了最佳转换效率。

微型逆变器架构要求每个面板都有一个专用MCU来管理能源转换。不过，这些附加的MCU也可被用来改善系统和面板的监测。

例如，大型的太阳能发电场就受益于面板间的通信以帮助保持负载平衡并允许系统管理员事先计划有多少能量可用，以及用这些能量做什么。不过，为充分利用系统监测的好处，MCU必须集成片上通信外围设备(CAN、SPI、UART等)以便简化与太阳能阵列内其它微型逆变器的接口。
在许多应用中，使用微型逆变器拓扑可以显着提高系统整体效率。在面板级，效率有望提升30％。但由于各应用差异很大，系统级改善的“平均”百分比并没多大意义。

应用分析

当*估微型变频器在具体应用中的价值时，应从几个方面考虑拓扑结构。

在小型应用中，各面板有可能面临基本相同的光照、温度和阴影等条件。因此，微型逆变器在提升效率方面作用有限。

为使各面板工作在不同电压以获得最高能效，要求采用DC/DC转换器使各面板的输出电压统一于储能蓄电池的工作电压。为尽可能降低制造成本，可把DC/DC转换器和逆变器设计成一个模块。用于本地电源线路或连接配电网的DC/AC转换器也可被整合进该模块。

太阳能面板必须要互相通信，这会增加导线和复杂性。这是对在模块中包含进逆变器、DC/DC转换器和太阳能电池板的另一个争论点。

每个逆变器的MCU仍然必须有足够能力来运行多个MPPT算法以适应不同的操作环境。

采用多个MCU会加大整体系统的材料成本。

每当考虑改变架构时都会关注其成本。为满足系统的价格目标，为每个面板都配备一个控制器意味着该控制器的成本必须要有竞争力、外形较小，但仍能同时处理所有的控制、通信和计算任务。

片上集成恰当的控制外设以及高模拟集成度是保证系统低成本的两个基本要素。为执行针对优化转换、系统监控和能量存储各环节中的效率所开发出的算法，高性能也是必需的。

使用除可满足微型逆变器本身要求之外，还可处理包括AC/DC转换、DC/DC转换以及面板间通讯等整个系统大部分要求的MCU，可以减少因使用多个MCU所导致的成本增加。

MCU特性

仔细权衡这些高层次要求是确定MCU需要哪些功能的最好方法。例如，当并联面板时需要负载平衡控制。所选MCU必须能检测负载电流以及能通过开/关输出MOSFET升高或降低输出电压。这需要一个高速片上ADC来采样电压和电流。

微型逆变器设计没有“一成不变”的模式。这意味着设计者必须有能力和创新精神采用新技巧、新技术，特别是在面板间和系统间的通信方面。最合适的MCU应支持各种协议，包括一些平常不会想到的如电力线通讯(PLC)和控制器局域网(CAN)等。特别是电力线通讯，因不再需专门的通信线路，所以可降低系统成本。但这需要MCU内置高性能PWM、高速ADC和高性能CPU。

对于针对太阳能逆变器应用所设计的MCU，一个意想不到但极具价值的特性是双片上振荡器，它们可用于时钟故障检测以提高可靠性。能够同时运行两个系统时钟的能力也有助于减少太阳能电池板安装时出现的问题。

由于在太阳能微型逆变器设计中凝聚了如此多的创新，对MCU来说，其最重要的特性也许就是软件编程能力了。该特性使得在电源电路设计和控制中拥有最高的灵活性。

C2000微控制器配备了可高效处理算法运算的先进数字运算处理内核以及用于能量转换控制的片上外设集，已广泛应用于传统的太阳能电池板逆变器拓扑中。新推出的Piccolo系列C2000系列微控制器是经济款，