太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)對(duì)半導(dǎo)體器件的需求分析
太陽(yáng)能逆變器是整個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。它把光伏單元可變的直流電壓輸出轉(zhuǎn)換為清潔的50Hz或60Hz的正弦電壓源，從而為商用電網(wǎng)或本地電網(wǎng)供電。因?yàn)樘?yáng)電池板的光電轉(zhuǎn)換效率可能受到陽(yáng)光照射的角度、云層、陰影或氣候條件的影響，所以，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)必須把不斷變化的直流電轉(zhuǎn)換為經(jīng)過(guò)很好調(diào)整的交流電源。對(duì)充電電池的最大輸出功率應(yīng)出現(xiàn)在光伏電池的電壓和電流積的峰值處，如圖1所示。
為了實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)輸出的跟蹤(MPPT)，微控制器要運(yùn)行MPPT算法，以調(diào)節(jié)太陽(yáng)能電池板的方向、輸出的直流電壓和電流，使之獲得峰值功率輸出，就需要采用微控制器以及傳感器來(lái)跟蹤太陽(yáng)方位角以及高度角。
目前，在自適應(yīng)太陽(yáng)方位角、高度角以及輻射強(qiáng)度的跟蹤系統(tǒng)中，組成部件包括輻射強(qiáng)度傳感器、跟蹤傳感器、自動(dòng)控制芯片、步進(jìn)電機(jī)和細(xì)分驅(qū)動(dòng)器、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及集能平臺(tái)等幾部分。對(duì)于風(fēng)能/太陽(yáng)能一體化的發(fā)電系統(tǒng)，還要檢測(cè)光伏陣列的輸出電壓/電流、跟蹤光強(qiáng)、環(huán)境光強(qiáng)、蓄電池充電電流/電壓、逆變器的輸出交流電流、交流電壓、環(huán)境溫度、蓄電池溫度、光伏陣列溫度、太陽(yáng)方位角、高度角和風(fēng)速。因此，對(duì)微控制器的數(shù)據(jù)采集能力以及A/D轉(zhuǎn)換以及處理提出了很高的要求。
在大規(guī)模部署的太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電廠中，光伏電池板的數(shù)量很大，為此，TI公司提出了“微型逆變器”的概念，它既能夠在較寬的范圍內(nèi)掃描各個(gè)獨(dú)立的太陽(yáng)能電池板的峰值功率點(diǎn)，避免把局部峰值作為MPP點(diǎn)，同時(shí)，又能夠提高最大功率點(diǎn)輸出跟蹤的效率。TI提出的這種系統(tǒng)的架構(gòu)如圖2所示。從中可看到，對(duì)于DC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/AC轉(zhuǎn)換器以及控制器、通信接口的需求也非常大。
微型逆變器的特點(diǎn)就是每一塊光伏電池板有它自己獨(dú)立的逆變器系統(tǒng)，這種拓?fù)涞闹饕锰幨翘?yáng)能發(fā)電站的光伏陣列能夠持續(xù)的輸出電力，既使當(dāng)其中一個(gè)逆變器功能失常的時(shí)候。此外，因?yàn)槊恳粔K太陽(yáng)能系統(tǒng)能夠利用高分辨率的PWM算法來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換參數(shù)，讓系統(tǒng)能夠隨時(shí)根據(jù)負(fù)載的變化而進(jìn)行調(diào)節(jié)，并利用片上外設(shè)如SPI、UART等接口實(shí)現(xiàn)各個(gè)微型逆變器之間的數(shù)據(jù)交換，因此，就有可能為每一個(gè)光伏電池板以及整個(gè)發(fā)電站系統(tǒng)提供最優(yōu)化的轉(zhuǎn)換效率。目前，TI公司推出的Piccolo MCU就是為太陽(yáng)能電池板提供更高的工作效率以及控制功能而設(shè)計(jì)的，微型逆變器能夠最大限度地提高每個(gè)單電池板的功率輸出。
給太陽(yáng)能逆變器選擇微控制器的原則包括：低的成本目標(biāo)以滿足大量部署的需求;小的形狀因子;齊全的控制功能;與各個(gè)微型逆變器的控制器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的能力;強(qiáng)大的并行運(yùn)算能力;與模擬器件如電流和電壓傳感器接口，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)峰值功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的能力;內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器;太陽(yáng)能接地漏電流檢測(cè)能力;對(duì)太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)向電機(jī)進(jìn)行控制的能力。
用于太陽(yáng)能逆變器的功率器件
