太阳能系统效率和可靠性优化新方法

太阳接收的原始能量)。

通过为每个单独太阳能板都安装一个微型逆变器而不是整个系统使用一个单逆变器可以进一步提高整体系统转换效率。微型逆变器拓扑的主要好处是，即使在一个逆变器故障的情况下能量也会不断得到转换。

微型逆变器方法的其他一些好处包括，可以使用高精度PWM对每块太阳能板的转换参数进行调节。由于云、阴影和遮挡都会改变单个太阳能板的输出，因此为每块太阳能板安装微型逆变器让系统可以适应不断变化的负载。这样做可以为单个太阳能板以及整个系统提供最佳的转换效率。

微型逆变器构架要求一种专用MCU，以使每块太阳能板都能管理能量转换。但是，这些额外的MCU也可用于提高系统和太阳能板监控能力。例如，大型太阳能板发电厂受益于太阳能板间通信，其有助于保持负载平衡，并让系统管理员能够提前规划可以获得的太阳能大小——以及应该采取的措施。然而，要利用系统监控的这些好处，MCU必须集成片上通信外围器件(CAN、SPI、UART等等)，以简化同太阳能阵列中其他微型逆变器之间的连接。

许多应用中，使用微型逆变器拓扑可极大地提高总系统效率。在太阳能板层面，有望获得30%的效率提高。但由于应用差别很大，因此“平均”系统级提升百分比没有多大意义。

应用分析

在评估某个应用的微型逆变器值时，应考虑拓扑结构的数个方面。在一些小型安装中，太阳能板可能会接受几乎相同的光照、温度和阴影条件。这样，微型逆变器可能就只具有很小的效率优势。让太阳能板工作在不同电压下来最大化每块太阳能板的效率要求通过DC/DC转换器将每个输出电压都标准化为蓄电池电压。为了最小化制造成本，DC/DC转换器和逆变器会集成到一个单模块中。用于本地线路电源或进入配电网的DC/AC转换器也会成为该模块的组成部分。

太阳能板必须相互通信，其增加了布线和复杂性。这是创建一个同时包含逆变器、DC/DC转换器和太阳能板的模块的另一个争议之处。每个逆变器的MCU功能都仍然必须足够的强大，以运行多个MPPT算法来适应不同的工作条件。拥有多个MCU会增加总系统材料清单成本。只要考虑构架变化，成本就是一个问题。要达到系统成本目标，为每块太阳能板安装一个控制器就意味着芯片必须具备有竞争力的成本，拥有相对较小的尺寸，并且仍然能够同时处理所有的控制、通信和计算任务。

集成正混片上控制外围器件以及高度模拟集成是保持系统低成本的基本因素。高性能进行算法也很关键，这些算法是针对执行优化转换、系统监控和存储过程每个步骤的效率优化而开发的。通过选择一种能够满足大多数总系统要求的MCU，可以降低使用多MCU的高成本。除微型逆变器自身的一些需求以外，这些要求还包括AC/DC转换、DC/DC转换以及太阳能板之间的通信。

MCU特性

仔细研究这些高级要求是确定需要什么功能的MCU的最佳方法。例如，太阳能板并联时需要负载平衡控制。MCU必须能够探测到负载电流，然后通过关闭输出MOSFET来升高或者降低输出电压。这需要一种快速片上ADC来对电压和电流采样。

不存在微型逆变器的“饼干模”(通用)设计。这也就是说，设计人员必须发挥聪明才智，创新地找出一些新的技巧和方法，特别是在太阳能板间和系统间通信方面。所选MCU应该支持各种协议，包括一些特殊协议，例如：电力线通信(PLC)和控制器局域网(CAN)等。特别是电力线通信可以通过去除通信专用线来减少系统成本。然而，这要求集成到MCU中的高性能PWM功能、快速ADC和高性能CPU。

太阳能逆变器应用专用MCU中一种意料之外却是高价值的特性是双片上振荡器，其可用于增强可靠性的时钟故障检测。同时运行两个系统时钟的能力也有助于减少太阳能板安装期间的问题。由于太阳能微型逆变器设计注定会出现如此多的创新，或许对MCU而言最重要的特性是软件可编程性。这种特性为电源电路设计和控制带来最大程度的灵活性。

由于拥有一个能够有效处理算法计算的先进数字运算内核以及一些功率转换控制的片上外围器件组合，C2000微控制器已经广泛地用于许多传统太阳能板逆变器拓扑。一种更为低成本的选择是Piccolo系列C2000微控制器。它拥有最少38引脚的封装尺寸、功能构架改进以及增强型外围器件，以将32位实时控制优势带到如微型逆变器等要求更低总系统成本的应用中。

另外，Piccolo MCU系列的各种产品都集成了用于时钟比较的双片上10MHz振荡器、具有上电复位功能和击穿保护的片上VREG、多个高精度150-ps PWM、一个12位及4.6兆采样/秒 ADC，以及一些用于I2C (PMBus)、CAN、SPI和UART通信协议的接口。图3显示了一个