太陽能不再是一項(xiàng)新興技術(shù)，而是正在經(jīng)歷重大技術(shù)變革的技術(shù)，日趨成熟。我們朝著電網(wǎng)平價(太陽能成本與傳統(tǒng)能源發(fā)電類型的成本相當(dāng))，并且改進(jìn)傳統(tǒng)能源發(fā)電類型構(gòu)成的目標(biāo)前進(jìn)，因?yàn)閷⒚姘逯械闹绷麟娹D(zhuǎn)換為可用交流電的過程變得更加高效且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。
但是，雖然太陽能面板在近幾年價格顯著降低，但下一波太陽能發(fā)展浪潮將由功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的新技術(shù)推動。先進(jìn)復(fù)雜的多級功率開關(guān)拓?fù)涞呐d起將基于碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)材料，加上更高的工作電壓(最高1600 VDC)，實(shí)現(xiàn)更加快速的功率開關(guān)，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，性能將大幅提高。更高的開關(guān)頻率意味著功率轉(zhuǎn)換器的無源元件，即感應(yīng)線圈和電容尺寸可以大幅減小，從而可減輕重量、降低成本。這兩項(xiàng)均為太陽能市場進(jìn)一步擴(kuò)大的關(guān)鍵優(yōu)勢。
因此，這些新的功率開關(guān)拓?fù)湔谕苿涌商峁┫嚓P(guān)控制和支持的器件的變革。更小、更快的系統(tǒng)需要整個功率轉(zhuǎn)換信號鏈的改進(jìn)更快地處理和更好地器件集成。但是，隨著現(xiàn)代光伏逆變器越來越小，這些創(chuàng)新加劇了處理功率轉(zhuǎn)換所固有的重要安全性問題的挑戰(zhàn)，也就是說，由于這些系統(tǒng)尺寸縮小，危險電壓的物理隔離變得更加復(fù)雜。
雖然太陽能面板或太陽能模塊是太陽能系統(tǒng)的核心，也是較為明顯的部分，但在整個信號鏈中，更復(fù)雜的部分是光伏逆變器——控制系統(tǒng)的大腦。光伏逆變器需要經(jīng)過仔細(xì)設(shè)計(jì)，以保護(hù)電流測量和計(jì)算電路，使其不受功率處理電路以及開關(guān)所引起的瞬態(tài)信號影響。但是，這種保護(hù)代價不菲：多個冗余隔離器件會提升成本和系統(tǒng)復(fù)雜性。而且很明顯，通過可編程處理器來運(yùn)行這些系統(tǒng)所需的日益復(fù)雜的算法，需要考慮代碼完整性以保證系統(tǒng)自身的安全性問題。
此外，官方的安全認(rèn)證是所有開發(fā)人員面臨的要求。必須遵守許多有關(guān)安全斷開連接(和重新連接)的法規(guī)。系統(tǒng)必須以多快的速度響應(yīng)、如何處理掉電和停電、快速斷開連接和電弧檢測，這些均必須得到解決—在許多情況下，每個國家/地區(qū)的解決辦法不同。由于認(rèn)證會增加開發(fā)時間(成本)，因此已證明合格的器件和方法極具吸引力，并且還需要足夠靈活，能夠適應(yīng)多個不斷演變的區(qū)域安全法規(guī)。
幸運(yùn)的是，通過使用可集成先進(jìn)混合信號控制處理器、并被互補(bǔ)隔離電流檢測和柵極驅(qū)動器技術(shù)包圍的功率逆變器平臺，這些問題便可以迎刃而解。
1單一故障安全
對于安全關(guān)鍵應(yīng)用，如太陽能光伏逆變器的交流監(jiān)控器和隔離器，除了監(jiān)控設(shè)備以外，安全標(biāo)準(zhǔn)需要冗余的監(jiān)控元件，以確保單一故障安全。在傳統(tǒng)光伏逆變器中，這一點(diǎn)通過在系統(tǒng)中添加監(jiān)控處理器來完成，該處理器充當(dāng)冗余監(jiān)控元件，然后控制繼電器K2(圖1)。在傳統(tǒng)光伏逆變器控制硬件中，單獨(dú)的監(jiān)控處理器負(fù)責(zé)冗余安全元件K2及相關(guān)監(jiān)控。兩個處理器均運(yùn)行部分安全軟件，并通過標(biāo)準(zhǔn)I/O設(shè)施通信。
PV Strings光伏串
PV Inverter Power Hardware光伏逆變器功率硬件
AC Grid交流網(wǎng)
Supervisor電源監(jiān)控器
Redundant Safety冗余安全
Control Processor控制處理器
System Management系統(tǒng)管理
ControlMPPT, DC-to-DC, DCAC控制MPPT、DC至DC、DCAC
Redundant Safety冗余安全
COMMs Processor通信處理器
COMMs通信
圖1系統(tǒng)中添加監(jiān)控處理器來確保單一故障安全
