中心議題：
解決方案：
- 升壓＋H-橋拓撲
- “最大功率點跟蹤”或MPPT" title="MPPT">MPPT的軟件技術(shù)
- 采用兩個交錯式升壓級來取代一個升壓級
- 額定開關(guān)電壓600V以上的輸入級采用1200V IGBT
- 額定電壓只需600V/650V的輸入級選用MOSFET
由于能源成本日益攀升,，太陽能發(fā)電正逐漸成為一項可行的替代能源,。德國政府通過立法，推出各種激勵手段積極鼓勵可再生能源的使用(如《再生能源法》 “Energieeinspeisungsgesetz”),，受此驅(qū)使,，至2007年，該國一直是全球最大的太陽能市場,。而現(xiàn)在,，其它國家已超過德國，例如西班牙在2008年的新建太陽能發(fā)電廠數(shù)量居全球之冠,，而意大利、法國和美國的已安裝太陽能發(fā)電容量預(yù)計將呈大幅增長,。多種激勵措施推動需求走高,，繼而刺激產(chǎn)能增長。但由于最近全球經(jīng)濟危機的爆發(fā)和2008年西班牙對太陽能市場的激勵措施突然撤銷,，致使太陽能芯片供大于求,，導(dǎo)致價格下跌40%-50%。 這使得光伏技術(shù)更接近所謂的“平價電價”(grid parity)目標,，亦即太陽能發(fā)電成本與目前電能市價相當,。預(yù)計在2015年，德國將可實現(xiàn)均一電價,。
太陽能模塊產(chǎn)生一個直流電壓,，太陽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),。本文將探討太陽能逆變器設(shè)計的最新趨勢,。
其中一個重要趨勢是采用更高的功率。現(xiàn)在,，峰值發(fā)電量超過100kW的太陽能發(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：平均功率從5kWp提高到10kWp。
升壓＋H-橋拓撲是太陽能逆變器極為常用的拓撲之一,，是一種兩級非隔離拓撲,。其第一級是升壓級，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,，后者必須大于實際峰值主線電壓(如230V x sqrt(2),，或>325V)。該升壓級還有一個重要作用,，就是為了實現(xiàn)效率最大化,，太陽能模塊必須運作產(chǎn)生盡可能大的功率,，而太陽能模塊的功率 曲線可通過輸出電流乘以輸出電壓數(shù)值獲得。功率特性中有一個最大點,，被稱為“最大功率點”或MPP,，而這精確位置會隨著模塊的類型、溫度和日照陰影等因素而變化,。
利用名為“最大功率點跟蹤”或MPPT的軟件技術(shù),，輔以定制化算法，逆變器的輸入級便可跟蹤這個最大功率點,。
太陽能逆變器必須可靠，以盡量減小維護和停機檢修的成本,。這些逆變器還必須具有高效,，以盡量增大發(fā)電量。太陽能逆變器設(shè)計人員還需付出相當?shù)呐?，以盡可能地提高效率,。
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,。太陽能逆變器更常采用的是BCM模式，而盡管對這類功率級通常建議選擇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,，良好的高頻電感設(shè)計是一解決方案。
采用兩個交錯式升壓級來取代一個升壓級乃一種新方法,。這樣一來,，流經(jīng)每個電感和每個開關(guān)的電流便能夠減半。另外,，采用交錯式技術(shù),，一級上的紋波電流 可抵償另一級的紋波電流，因而可在很寬工作輸入范圍上去除輸入紋波電流,。如FAN9612交錯式BCM PFC一類的控制完全能夠輕松滿足太陽能升壓級的要求。
逆變器中的升壓開關(guān)有兩個選擇：IGBT或 MOSFET,。對于需要600V以上額定開關(guān)電壓的輸入級,，常常會采用1200V IGBT快速開關(guān)，如FGL40N120AND,。對于額定電壓只需600V/650V的輸入級,，則選用MOSFET。
輸出H-橋級的設(shè)計人員一直以來都采用600V/650V MOSFET,，但因為新的草案規(guī)范要求輸出級以四象限工作,，于是在這一領(lǐng)域重新點燃了人們對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,。對于16kHz-25kHz開關(guān),，建議采用IGBT，例如飛 兆半導(dǎo)體的 FGH60N60UFD,。
太陽能逆變器設(shè)計的另一個趨勢是擴大輸入電壓范圍,，這會導(dǎo)致相同功率級下輸入電流的減小,，或相同輸入電流下功率級的提高。輸入電壓比較高時,，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方法是采用三電平逆變器,。
采用兩個串聯(lián)的電解電容可把高輸入電壓一分為二,，將中間點與零線 (neutral line)連接，這時就可以再采用600V開關(guān)了,。三電平逆變器可在三個電平間進行轉(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優(yōu)勢,，就是輸出電感大為減小。
對于整功率因數(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，三電平逆變器拓撲可獲得98%以上的效率,，因此可能成為5kWp以上功率級非隔離逆變器的主流結(jié)構(gòu),。