由于能源成本日益攀升,，太陽(yáng)能發(fā)電正逐漸成為一項(xiàng)可行的替代能源,。德國(guó)政府通過立法，推出各種激勵(lì)手段積極鼓勵(lì)可再生能源的使用(如《再生能源法》 “Energieeinspeisungsgesetz”),，受此驅(qū)使,，至2007年，該國(guó)一直是全球最大的太陽(yáng)能市場(chǎng),。而現(xiàn)在,，其它國(guó)家已超過德國(guó)，例如西班牙在2008年的新建太陽(yáng)能發(fā)電廠數(shù)量居全球之冠,，而意大利,、法國(guó)和美國(guó)的已安裝太陽(yáng)能發(fā)電容量預(yù)計(jì)將呈大幅增長(zhǎng)。多種激勵(lì)措施推動(dòng)需求走高,，繼而刺激產(chǎn)能增長(zhǎng),。但由于最近全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的爆發(fā)和2008年西班牙對(duì)太陽(yáng)能市場(chǎng)的激勵(lì)措施突然撤銷，致使太陽(yáng)能芯片供大于求,，導(dǎo)致價(jià)格下跌40%-50%,。 這使得光伏技術(shù)更接近所謂的“平價(jià)電價(jià)”(grid parity)目標(biāo),，亦即太陽(yáng)能發(fā)電成本與目前電能市價(jià)相當(dāng)。預(yù)計(jì)在2015年,，德國(guó)將可實(shí)現(xiàn)均一電價(jià),。

太陽(yáng)能模塊產(chǎn)生一個(gè)直流電壓，太陽(yáng)能逆變器再把這一直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能,，然后接入電網(wǎng)。本文將探討太陽(yáng)能逆變器設(shè)計(jì)的最新趨勢(shì),。

其中一個(gè)重要趨勢(shì)是采用更高的功率?，F(xiàn)在，峰值發(fā)電量超過100kW的太陽(yáng)能發(fā)電廠越來越普遍,，而較小規(guī)模的發(fā)電系統(tǒng)也存在這種趨勢(shì)：平均功率從5kWp提高到10kWp,。
 

 

升壓＋H-橋拓?fù)涫翘?yáng)能逆變器極為常用的拓?fù)渲唬且环N兩級(jí)非隔離拓?fù)?。其第一?jí)是升壓級(jí),，用于把模塊的可變輸出電壓(例如100V – 500V)升高到更大的中間電壓，后者必須大于實(shí)際峰值主線電壓(如230V x sqrt(2),，或>325V),。該升壓級(jí)還有一個(gè)重要作用，就是為了實(shí)現(xiàn)效率最大化,，太陽(yáng)能模塊必須運(yùn)作產(chǎn)生盡可能大的功率,，而太陽(yáng)能模塊的功率 曲線可通過輸出電流乘以輸出電壓數(shù)值獲得。功率特性中有一個(gè)最大點(diǎn),，被稱為“最大功率點(diǎn)”或MPP,，而這精確位置會(huì)隨著模塊的類型、溫度和日照陰影等因素而變化,。
 

 

利用名為“最大功率點(diǎn)跟蹤”或MPPT的軟件技術(shù),，輔以定制化算法，逆變器的輸入級(jí)便可跟蹤這個(gè)最大功率點(diǎn),。

太陽(yáng)能逆變器必須可靠,，以盡量減小維護(hù)和停機(jī)檢修的成本。這些逆變器還必須具有高效,，以盡量增大發(fā)電量,。太陽(yáng)能逆變器設(shè)計(jì)人員還需付出相當(dāng)?shù)呐Γ员M可能地提高效率,。

有很多方法能夠提高升壓逆變器的效率,。由于升壓逆變器可在連續(xù)傳導(dǎo)模式或邊界傳導(dǎo)模式(CCM 或 BCM)下工作，這就衍生出不同的優(yōu)化方案,。在CCM模式中,，損耗的一大主因是升壓二極管的反向恢復(fù)電流；在這種情況下,，一般使用碳化硅二極管或飛兆半導(dǎo)體的Stealth 二極管來解決,。太陽(yáng)能逆變器更常采用的是BCM模式，而盡管對(duì)這類功率級(jí)通常建議選擇CCM模式,，但采用BCM模式的原因在于BCM模式中二極管的正向電 壓要低得多,。而且，BCM模式也具有高得多的EMI濾波器和升壓電感紋波電流,。這時(shí),，良好的高頻電感設(shè)計(jì)是一解決方案。

采用兩個(gè)交錯(cuò)式升壓級(jí)來取代一個(gè)升壓級(jí)乃一種新方法,。這樣一來,，流經(jīng)每個(gè)電感和每個(gè)開關(guān)的電流便能夠減半。另外,，采用交錯(cuò)式技術(shù),，一級(jí)上的紋波電流 可抵償另一級(jí)的紋波電流，因而可在很寬工作輸入范圍上去除輸入紋波電流,。如FAN9612交錯(cuò)式BCM PFC一類的控制完全能夠輕松滿足太陽(yáng)能升壓級(jí)的要求,。

逆變器中的升壓開關(guān)有兩個(gè)選擇：IGBT或 MOSFET,。對(duì)于需要600V以上額定開關(guān)電壓的輸入級(jí)，常常會(huì)采用1200V IGBT快速開關(guān),，如FGL40N120AND,。對(duì)于額定電壓只需600V/650V的輸入級(jí)，則選用MOSFET,。

輸出H-橋級(jí)的設(shè)計(jì)人員一直以來都采用600V/650V MOSFET,，但因?yàn)樾碌牟莅敢?guī)范要求輸出級(jí)以四象限工作，于是在這一領(lǐng)域重新點(diǎn)燃了人們對(duì)IGBT的興趣,。MOSFET雖然內(nèi)置有體二極管,，但相比 IGBT中采用的組合封裝二極管，其開關(guān)性能很差,。新型的場(chǎng)截止IGBT能夠以10V/ns的速度轉(zhuǎn)換電壓,，較之以往的舊式產(chǎn)品導(dǎo)通損耗大大改善,。這種集成式二極管具有出色的軟恢復(fù)性能,，有助于降低500A/us以上的高di/dt造成的EMI。對(duì)于16kHz-25kHz開關(guān),，建議采用IGBT,，例如飛 兆半導(dǎo)體的 FGH60N60UFD。
 

 

太陽(yáng)能逆變器設(shè)計(jì)的另一個(gè)趨勢(shì)是擴(kuò)大輸入電壓范圍,，這會(huì)導(dǎo)致相同功率級(jí)下輸入電流的減小,，或相同輸入電流下功率級(jí)的提高。輸入電壓比較高時(shí),，需要使用額定電壓更高(1200V范圍內(nèi))的IGBT,，從而產(chǎn)生更大的損耗。解決這一問題的一個(gè)方法是采用三電平逆變器,。

采用兩個(gè)串聯(lián)的電解電容可把高輸入電壓一分為二,，將中間點(diǎn)與零線 (neutral line)連接，這時(shí)就可以再采用600V開關(guān)了,。三電平逆變器可在三個(gè)電平間進(jìn)行轉(zhuǎn)換：+Vbus,、0V 和 –Vbus。這方案除了比1200V開關(guān)構(gòu)建的解決方案更有效之外,，三電平逆變器還有一個(gè)優(yōu)勢(shì),，就是輸出電感大為減小。

對(duì)于整功率因數(shù),，三電平逆變器的功能可解釋如下,。在正半波Q5始終導(dǎo)通期間，Q6 和 Q4一直關(guān)斷,。Q3 和 D3構(gòu)成一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器,，產(chǎn)生輸出正弦波電壓,。如果只需要整功率因數(shù)，Q5 和 Q6 可設(shè)計(jì)為 50Hz開關(guān),，采用速度極慢Vce (飽和電壓)極低的IGBT,，比如FGH30N60LSD。若需要較低的功率因數(shù),，Q5 和 Q6必須工作在開關(guān)頻率下一小段時(shí)間,。Q3 和 Q4的二極管應(yīng)該是快速軟恢復(fù)二極管。Q3 和 Q4可安排為快速恢復(fù)MOSFET,，比如FGL100N50F ,，或者是快速 IGBT，如FGH60N60SFD,。

基于上述分析,，三電平逆變器拓?fù)淇色@得98%以上的效率，因此可能成為5kWp以上功率級(jí)非隔離逆變器的主流結(jié)構(gòu),。