光伏逆变器

太阳能光伏逆变器突破——创新的独立双核安全概念可将双核安全冗余集成到单芯片中，从而简化设计，降低成本，同时完全维持VDE-AR-N4105合规性。

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<strong>Hans Brueggemann ADI公司</strong>

太阳能不再是一项新兴技术，而是正在经历重大技术变革的技术，日趋成熟。我们朝着电网平价—太阳能成本与传统能源发电类型的成本相当，并且改进传统能源发电类型的构成—的目标越来越近，因为将面板中的直流电转换为可用交流电的过程变得更加高效且经济实惠。

但是，虽然太阳能面板在近几年价格显著降低，但下一波太阳能发展浪潮将由功率转换器系统的新技术推动。先进复杂的多级功率开关拓扑的兴起将基于碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)材料，加上更高的工作电压（最高1600 VDC），实现更加快速的功率开关，与传统系统相比，性能将大幅提高。更高的开关频率意味着功率转换器的无源元件—即，感应线圈和电容—尺寸可以大幅减小，从而可减轻重量、降低成本。这两项均为太阳能市场进一步扩大的关键优势。

因此，这些新的功率开关拓扑正在推动可提供相关控制和支持的器件的变革。更小、更快的系统需要整个功率转换信号链的改进—更快的处理和更好的器件集成。但是，随着现代光伏逆变器越来越小，这些创新加剧了处理功率转换所固有的重要安全性问题的挑战—也就是说，由于这些系统尺寸缩小，危险电
压的物理隔离变得更加复杂。

<strong>作者：Baoxing Chen， ADI公司研究员</strong>

<strong>内容摘要</strong>

过去几年，光伏(PV)产业飞速发展，其动力主要来自居高不下的油价和环境忧虑。然而，PV成本仍然是妨碍其进一步扩张的最大障碍，要与传统的煤电相竞争，必须进一步降低成本。在太阳能电池板以外，电子元件(如PV逆变器)是导致高成本的主要元件。出于安全和可行性考虑，并网PV转换器把获得的直流与交流网相隔离。隔离的作用通常是满足安全法规的要求，防止直流注入交流网，因为结果可能会影响配电变压器和传统的瓦特小时电表。诸如光耦合器一类的传统隔离解决方案无法满足PV电池板25年的典型担保要求。同时，微逆变器逐渐占据主流，因为这种器件不但可以提高系统可用性，而且能够大幅提升遮光条件下的性能。在这些情况下，PV逆变器安装在PV电池板的后部，那里的高温可能加速光耦合器的性能下降。本文旨在讨论PV逆变器中的信号和电源隔离需求，探讨如何利用微变压器集成隔离功能以提高系统性能和可靠性、降低系统尺寸和成本。

在光伏电站的生命周期中，逆变器的优劣在很大程度上决定了光伏电站发电收益的高低。在整个光伏电站的初始投资中，逆变器所占比例约为7%-10%，但是在电站实际运行过程中，逆变器发生一次故障所导致的收益损失巨大。所以说，逆变器的可靠性是整个电站收益的关键考量点。

在光伏发电系统中，如果含有交流负载，就需要使用逆变器，将太阳能组件产生的直流电或蓄电池释放的直流电转化为交流电。逆变器就是这样一种将直流电（DC）转化为交流电（AC，一般为220V50HZ正弦或方波）的装置。

光伏发电是利用光伏组件界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。对于光伏电站来说，集中式也好，分布式也好，光伏组件和逆变器是必不可少的。

首先，光伏组件将光能转化为直流电；接着，逆变器将直流电转化为交流电；最后，转化好的交流电任你支配。

光伏组件表面是一层钢化玻璃，外观颜色多为蓝色和黑色，在阳光的照射下熠熠生辉，十分精致美观。

相比较而言，逆变器就显得格外低调了，它不喜欢被阳光直接照射，而是待在阴凉处施展自身的才华。虽然其貌不扬，但功能强大。

逆变器能将光伏组件产生的直流电转化成交流电，以供我们日常用电。此外，逆变器还有自动运行和停机功能、最大功率跟踪控制功能，以便最大限度地发挥光伏组件的性能和系统故障保护功能。

太阳能光伏逆变器突破——创新的独立双核安全概念可将双核安全冗余集成到单芯片中，从而简化设计，降低成本，同时完全维持VDE-AR-N4105合规性。

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面对资源枯竭，全球都在讨论节能、环保、可持续发展，人们日益增长的节能环保意识固然缓解了能源危机，但是人类必须要面对的一个不争事实是——现有矿物资源的储量有限性。在这样的情况下，解决能源危机的根本途径就是寻找一种可再生的清洁新型能源，光伏发电技术应运而生，即利用半导体界面的光生伏特效应而把光能转变为电能的一种技术。

如今光伏发电的主要技术趋势是更高效率、更低成本、更可靠。“具体到光伏发电的核心---光伏逆变器来说，需要支持更高的电压（比如1500V系统）、多点平的拓扑结构、更高的PWM频率；需要支持电弧检测、光伏面板关断等新的功能。这些新的技术的应用可以从系统上进一步降低成本、提高效率或提升光伏系统的可靠性”，ADI公司行业市场高级经理陆磊先生从专业的角度给出解释。