由于燃燒化石燃料引起的全球變暖環(huán)境問題、不斷上漲的原油和天然氣價格,、對原油依賴導致的政治困境,，這些問題促使人們不斷努力提高能源效率。
對于那些能源無法自給的國家,，太陽能和其他替代能源擁有無可爭議的優(yōu)勢,，可幫助他們達到減少化石燃料消耗和實現能源獨立的目的。用替代能源系統(tǒng)取代化石燃料能源,，將對全球經濟和人類生活產生重大影響,。但問題是，用替代能源發(fā)電的成本要與化石燃料發(fā)電的成本相近或更少,，這樣才能真正減少原油的消耗,。
在開發(fā)太陽能技術的過程中，人們把大部分注意力都放在了如何提高光電池的效率上,。但另一個不能忽略的重要問題是,，如何設計將電池產生的直流電轉換成交流電的電路。為了在成本上與燃燒媒,、石油等化石燃料的發(fā)電方式相競爭,，設計師為提高逆變器每一個百分點的效率的努力都是非常重要的。
一些太陽能轉換系統(tǒng)制造商把逆變器的轉換效率從92%提高到了96%,，這樣他們在市場上成功的機會就會大增,。有一種辦法是設計沒有變壓器的DC/DC轉換器。在轉換系統(tǒng)中,，由變壓器導致的能量損失大約是2%～3%,。因此就要使用更高電壓的晶體管，這種晶體管已經可以在市場上買到了,。
逆變器的設計
在基于光電流的系統(tǒng)中,，電源逆變器控制著太陽能板和電池，以及負載之間的電流,，將太陽能板輸出的變化幅度很大的直流電壓轉換成干凈的50Hz或60Hz的正弦電流,，輸出給負載或回饋到電網中去。圖1顯示了逆變器在太陽能發(fā)電中的重要作用,。
圖1 逆變器在提高太陽能轉換效率的過程中發(fā)揮著重要作用
由于太陽能板的輸出電壓是變化的,，要保持發(fā)電時盡可能的高效率是非常復雜的。完成這項任務的關鍵是檢測最大功率點(maximum power point,，MPP),。圖2顯示了最大功率點是如何隨天氣和電壓而變的。
圖2 太陽能電池的輸出電壓隨電壓和天氣而變
MPP跟蹤技術可用來探測MPP,，并調整DC/DC的輸出電壓轉換,，以使輸出最大化,。MPP跟蹤可以使太陽能電池系統(tǒng)在冬天的整體效率提高1/3或更多，而這時也正是電力需求最高的時候,。
控制器確定MPP的最常用算法是干擾電池板的工作電壓,，并檢測輸出。算法要在MPP點周圍留出一個足夠大的振蕩范圍,，避免當天空掠過云彩時控制器對本地電源發(fā)出錯誤的擾動,。
電池的算法
擾動和檢測算法的效率并不高，這是由于在每個周期內輸出點都會偏離MPP,?？梢圆捎迷隽扛袘惴ㄗ鰹樘娲@種方法可以很好地解決由于振蕩導致的低效率,，但又會設定一個本地峰值而不是真實的MPP,，從而引發(fā)其他問題。將這兩種算法結合起來,，可以保持增量感應算法的高效率,，同時又可以以一定間隔在很大范圍內掃描，避免選擇本地的峰值,。
顯然,，這會給控制逆變器的控制器帶來很大的計算負荷，控制器必須滿足一些實時處理的挑戰(zhàn),。
現在的數字信號控制器可以提供實時控制算法所需的高速運算能力。A/D轉換器,、PWM等集成外設使控制器可以直接檢測輸入信號,，控制功率MOSFET，片上的flash閃存可用于編程和數據存儲,，通信端口簡化了電能表和其他逆變器的組網過程,。
在太陽能逆變器中的DSP控制器的高效率已經得到證實，可以把轉換過程中的能量損失減少最多50%,。National Renewable Energy Laboratory對分布式電源技術LLC的研究表明,，基于DSP的逆變器可以將1個10kW逆變器的制造和人工成本減少56%，同時還減少了逆變器的尺寸和重量,。如果想了解更多信息,，可從這個鏈接http://www.nrel.gov/ncpvprn/pdfs/33586076.pdf下載文件。
德州儀器公司的TMS320F28x數字信號控制器就是一個非常好的例子,，它的性能高達150MIPS,，可以用1個DSP控制逆變器中的多個轉換級，而且還有富裕的處理能力,，可用來執(zhí)行MPP跟蹤算法,、電池充電監(jiān)控,、浪涌保護、記錄數據和通信等額外的功能,。圖3顯示了TMS320F28x控制多個轉換級的框圖,。
圖3 TMS320F28x可控制多個轉換級
控制器具有非常快速的12位16通道的A/D轉換器,，可以高精度地檢測電壓和電流來實現正弦波,。為進行安全監(jiān)控，A/D轉換器還提供了電流檢測功能,。
此外,，芯片上12個獨立控制的增強型PWM通道具有可變的占空比，為轉換器橋和電池充電電路提供了高速開關,。
每個增強型PWM都有自己的定時器和相位寄存器,，可對相延遲進行編程設定?？梢詫λ械脑鰪娦蚉WM進行同步,，來驅動同樣頻率上的多個級。多個定時器提供了所需的時鐘和快速的中斷管理,，支持額外的控制任務,。包括CAN總線在內的多個標準通信端口為其他組件和系統(tǒng)提供了簡便易用的接口。