实现智能太阳能管理的微型逆变器

作者：美国国家半导体 Ralf J. Muenster

欢迎访问e展厅 展厅 4 太阳能发电展厅 太阳能发电机, 光伏发电设备, 风光互补发电系统, 多晶硅生产设备, ... 目前，大多数太阳能逆变器只能从太阳能电池板的某个最佳位置对电池板的整体效率进行优化。这种优化方法严重制约了太阳能发电系统的效率。美国国家半导体SolarMagic技术将为太阳能光伏系统带来革新。该技术能够智能管理太阳能光伏（PV）电池板电量，从而使太阳能管理更智能，更高效。 传统能源消耗导致的环境污染正在使全球气候急剧变化。反过来，气候的变化又间接导致人类对能源需求的大幅上升。为了解决能源短缺问题，全球的目光都投向对世界经济越来越重要的再生能源上，希望能藉此解除能源危机。通过太阳能光伏技术将太阳辐射转换成电能是现在市面上最有效也是最具发展潜力的可再生能源技术。德国、西班牙等国家均推出了鼓励政策引导投资者积极开发太阳能发电技术。 目前，太阳能发电量在全球能源总产量中的比例还不足1%。太阳能光伏技术的进步不仅可以大幅提升太阳能发电效率，而且还能显著降低发电成本，为今后太阳能的发展开辟了光明大道。随着新型太阳能发电设备和技术不断上市，2009年将会是太阳能发展史上重要的一年。其中，比较引人瞩目的新技术是微型电源优化器(micro-optmizer)。例如美国国家半导体新推出的SolarMagic产品能够使太阳能电源管理更加智能化。 现在，普通太阳能光伏系统都是由许多紧密相连的太阳能电池板组成。这些电池板先分组串联，再将不同的串联电池组并联起来形成电池阵列。由太阳能电池板阵列产生的直流电会流到位于电池板侧旁的逆变器。逆变器有两个基本功能：一方面是为完成DC/AC转换的电流连接到电网，另一方面是找出最佳的操作点以优化太阳能光伏系统的效率。对于特定的太阳光辐射、温度及电池类型，太阳能光伏系统都相应有唯一的最佳电压及电流，从而使光伏系统产生最大的能量。如果光伏系统在非最佳电压及电流水平下运行，系统的效率就非常低，白白浪费采集太阳能的良机。 如上所述，在光伏系统中，太阳能电池板是由多个串联组并联后形成的。就像节日灯饰一样，假如串联中的任何某个电池发生故障，就会导致整个电池组失效。此外，当有局部阴影或碎砾等遮蔽光伏系统时，这种情况也会发生。 为了解决上述问题，目前太阳能电池板都集成了旁路二极管，从而使电流可以绕过被遮蔽的失效电池板部份。启动二极管后，它们可将电流重新路由，即改道绕过失效电池串上。这样一来，不仅浪费了受遮蔽电池板的供电潜能，而且会降低整个电池组的总电压。基于选取电池板最佳操作点的原则，逆变器必须决定是应该优化受影响电池串的电压，还是应该优化其他没受影响电池组所产生的能量。在大多数的情况下，逆变器都会选择优化没有影响的电池组，并相应地降低受影响电池组所产生的能量，甚至是完全关闭受影响电池组。 所导致的结果是，太阳能光伏系统只要出现10%的遮蔽，便会使太阳能发电量下降一半。产生这一现象的原因主要是现行的光伏系统并不能与极度敏感的太阳能电池架构相匹配。毫无疑问，30年后太阳能将成为主要能源之一。因此，我们需要采用更高智能的技术和产品来开发太阳能。 在过去的几年里，美国国家半导体实验室的研究人员一直在积极研究太阳能发电系统的效率问题。一个解决方案就是所谓的“微型逆变器”，即在每块电池板上都加装逆变器。可是，影响光伏系统的关键因素是可靠性、成本和效率。微型逆变器并不能全面地平衡这几个关键因素。实际上，逆变器在现行的光伏系统中是可靠性最低的组件，它们一般只能使用5到10年，而电池板则可保证使用25年。过去，太阳能电池板被定为无源电子组件，主要原因是太阳能电池板没有包含任何具备智能及可靠的有源电子组件。但这种情况现在已经发生变化。 此外，当考虑到成本和效率因素时，更没必要为每块电池板都加装电网接口。实际上，现行光伏系统迫切需要优化功能。而这个功能可通过若干个可靠及精密的集成电路来实现。凭借50年的集成电路开发和销售经验，美国国家半导体将微型优化器的专业知识带到太阳能领域。 先进的微型优化器技术可大幅改善太阳能发电工业的成本效益和产能。由于具备在太阳能发电的深厚知识、经验以及可靠的核心技术，美国国家半导体的SolarMagic技术可监察并优化每块电池板的发电量，并改善电池板中的电流流向。SolarMagic体现了美国国家半导体在混合信号和电源管理的先进算法领域的领先。通过采用SolarMagic技术，太阳能发电系统可挽回50%以上因输电失配或阴影遮蔽而损失的发电量。微型优化器将智能地管理每块电池板，让它们可以最佳的功率点去运行，即使串联电池组内有个别电池板发生故障也不会影响系统的整体效率。 SolarMagic技术将不仅会对市面上的太阳能发电系统以及正在研发中的太阳能发电系统产生影响，而且还将影响到整个太阳能发电市场。解决太阳能发电系统局部遮蔽的问题将促使更多人在屋顶上安装太阳能发电设备。如此一来，不仅更多地房屋能够安装太阳能发电系统，而且化解了不少安装方面的难题。美国国家半导体定于2009年推出的全新微型优化器将推动太阳能光伏技术的发展，在再生能源方面扮演举足轻重的角色。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (5/6/2009)