太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展為半導體行業(yè)帶來新機會 ２
一般來說，輸入直流電壓要比交流輸出電壓的電平要高，但是，由太陽能電池板提供的輸入源電壓通常沒有那么高，因此，系統(tǒng)可以在交流輸出一側采用變壓器提升電壓，或在DC/DC轉換級提升直流電壓。
在變壓器方案中，雖然它增加重量和逆變器的體積，并增加成本及造成轉換效率的降低，但是，通過隔離變壓器兩側的電路，它們提高了電路保護和人的安全性，防止直流電流到交流電一側，而交流電的漏電流也不會造成光伏電池板與地之間的潛在問題。
在不采用變壓器的系統(tǒng)中，為了防止負載切換時或者當外電路有嚴重擾動時燒毀MOSFET，在設計中要采用一種剩余電路保護器件(RCD)來監(jiān)測各相的電流，如果電流超過某個數值，該器件就會觸發(fā)保護繼電器斷路，從而保護轉換和充電電路部分，使之免受電網上電壓浪涌的破壞。
此外，如果電力線受到破壞或被迫關閉，逆變器就要停止向用電設備或電網供電。如果電力線電壓偏低或欠壓、或出現(xiàn)巨大的擾動時，要采用一種用于“非孤島”逆變器的傳感器來感測這種情況。當出現(xiàn)這種情況時，逆變器將自動地關閉向電網供電，或把電力傳輸到其它地方，從而防止它成為電力發(fā)電的“孤島”。
正如DC/AC轉換的效率取決于輸入電壓一樣，電池充電的效率也取決于輸入電壓。光伏板由于受到季節(jié)、云層覆蓋及日照時間的影響，電池的充電狀態(tài)也會不斷地變化。
有時候，降低給電池的電壓而提高電流會提高總功率并加速充電；在另一些時候，可能有必要犧牲一些電流以實現(xiàn)更高的電壓，從而實現(xiàn)完全地充電。如圖4所示，對電池的最大輸出功率出現(xiàn)在電壓和電流積的峰值處。
圖4：當電壓和電流之積為峰值時，對電池的輸出功率為最大。
最大功率點輸出跟蹤(MPPT)被設計為確定這個峰值并調節(jié)DC/DC電壓轉換，以最大化充電輸出。在冬季里，MPPT能夠把太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率提高1/3。確定MPP的一種方式就是在每一個MPPT周期中，由控制器調節(jié)PV板的工作電壓，并觀察其輸出電壓。
為了確定真正的MPP點，MPPT算法在足夠寬的范圍內振蕩，以避免因云層覆蓋或平靜的微風導致錯誤地選擇功率曲線上的局部峰值作為MPP點。但是，這種方法的不足之處在于：在每一個周期中，它都偏離MPP點振蕩，跟蹤的效率低下。
作為一種替代解決方案，人們提出了一種增量自感算法，通過定義一個峰值，然后，求解功率曲線的微分，從而得出MPP點。雖然這種方法沒有因寬范圍振蕩引起的低效率問題，但是，它存在把本地峰值誤設為MPP點的可能。
把上述兩種方法結合起來，既能夠在較寬的范圍內掃描，避免把局部峰值作為MPP點，同時，又能夠提高最大功率點輸出跟蹤的效率，但是，這就需要采用性能最強的控制器。
用于逆變器的數字信號控制器必須滿足若干實時處理的需要，以有效地執(zhí)行精密的算法，從而提高DC/AC轉換的效率并實現(xiàn)電路保護的功能。例如，德州儀器(TI)不久前宣布推出業(yè)界首款浮點數字信號控制器(DSC)—TMS320F2833x，在世界環(huán)境日之際以創(chuàng)新技術推動工業(yè)應用的環(huán)保發(fā)展。新型 TMS320F2833x 能夠以150MHz頻率提供每秒3億次浮點運算(MFLOPS)，同時還能降低定點處理器的相關成本。該浮點處理器可幫助工業(yè)控制設計人員簡化軟件開發(fā)，增強系統(tǒng)性能，提高節(jié)能效率，因此，能夠使太陽能逆變器提高太陽能板的能量轉換效率，改善變速交流(AC)驅動的功率與性能。
目前，全球領先的太陽能逆變器制造商大都采用TI的DSC，以最大功率點跟蹤(MPPT)算法以及不同負載情況下（如陰天、光照不強等）的動態(tài)算法調節(jié)來實現(xiàn)最大化系統(tǒng)峰值效率。
此外， 近來科學家研究發(fā)現(xiàn)，SiC器件具有優(yōu)于GaAs和Si器件數倍的熱傳導率和電場擊穿電壓，因其效率高，性能好，制成的肖特基二極管成為了太陽能系統(tǒng)的理想解決方案，同樣值得關注。
本文總結
中國政府在《可再生能源長期規(guī)劃》提出，太陽能光伏發(fā)電裝機容量到2010年將發(fā)展到450MWp，而2005年全國太陽能發(fā)電裝機容量僅為6.5MWp，這就意味著中國太陽能裝機容量的復合增長率將會高達38%以上。了解目前太陽能光伏市場發(fā)展動態(tài)，把握太陽能光伏行業(yè)發(fā)展趨勢，對于半導體行業(yè)的發(fā)展是至關重要的。
在變壓器方案中，雖然它增加重量和逆變器的體積，并增加成本及造成轉換效率的降低，但是，通過隔離變壓器兩側的電路，它們提高了電路保護和人的安全性，防止直流電流到交流電一側，而交流電的漏電流也不會造成光伏電池板與地之間的潛在問題。
在不采用變壓器的系統(tǒng)中，為了防止負載切換時或者當外電路有嚴重擾動時燒毀MOSFET，在設計中要采用一種剩余電路保護器件(RCD)來監(jiān)測各相的電流，如果電流超過某個數值，該器件就會觸發(fā)保護繼電器斷路，從而保護轉換和充電電路部分，使之免受電網上電壓浪涌的破壞。
此外，如果電力線受到破壞或被迫關閉，逆變器就要停止向用電設備或電網供電。如果電力線電壓偏低或欠壓、或出現(xiàn)巨大的擾動時，要采用一種用于“非孤島”逆變器的傳感器來感測這種情況。當出現(xiàn)這種情況時，逆變器將自動地關閉向電網供電，或把電力傳輸到其它地方，從而防止它成為電力發(fā)電的“孤島”。
正如DC/AC轉換的效率取決于輸入電壓一樣，電池充電的效率也取決于輸入電壓。光伏板由于受到季節(jié)、云層覆蓋及日照時間的影響，電池的充電狀態(tài)也會不斷地變化。
有時候，降低給電池的電壓而提高電流會提高總功率并加速充電；在另一些時候，可能有必要犧牲一些電流以實現(xiàn)更高的電壓，從而實現(xiàn)完全地充電。如圖4所示，對電池的最大輸出功率出現(xiàn)在電壓和電流積的峰值處。
圖4：當電壓和電流之積為峰值時，對電池的輸出功率為最大。
最大功率點輸出跟蹤(MPPT)被設計為確定這個峰值并調節(jié)DC/DC電壓轉換，以最大化充電輸出。在冬季里，MPPT能夠把太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率提高1/3。確定MPP的一種方式就是在每一個MPPT周期中，由控制器調節(jié)PV板的工作電壓，并觀察其輸出電壓。
為了確定真正的MPP點，MPPT算法在足夠寬的范圍內振蕩，以避免因云層覆蓋或平靜的微風導致錯誤地選擇功率曲線上的局部峰值作為MPP點。但是，這種方法的不足之處在于：在每一個周期中，它都偏離MPP點振蕩，跟蹤的效率低下。
作為一種替代解決方案，人們提出了一種增量自感算法，通過定義一個峰值，然后，求解功率曲線的微分，從而得出MPP點。雖然這種方法沒有因寬范圍振蕩引起的低效率問題，但是，它存在把本地峰值誤設為MPP點的可能。
把上述兩種方法結合起來，既能夠在較寬的范圍內掃描，避免把局部峰值作為MPP點，同時，又能夠提高最大功率點輸出跟蹤的效率，但是，這就需要采用性能最強的控制器。
用于逆變器的數字信號控制器必須滿足若干實時處理的需要，以有效地執(zhí)行精密的算法，從而提高DC/AC轉換的效率并實現(xiàn)電路保護的功能。例如，德州儀器(TI)不久前宣布推出業(yè)界首款浮點數字信號控制器(DSC)—TMS320F2833x，在世界環(huán)境日之際以創(chuàng)新技術推動工業(yè)應用的環(huán)保發(fā)展。新型 TMS320F2833x 能夠以150MHz頻率提供每秒3億次浮點運算(MFLOPS)，同時還能降低定點處理器的相關成本。該浮點處理器可幫助工業(yè)控制設計人員簡化軟件開發(fā)，增強系統(tǒng)性能，提高節(jié)能效率，因此，能夠使太陽能逆變器提高太陽能板的能量轉換效率，改善變速交流(AC)驅動的功率與性能。
目前，全球領先的太陽能逆變器制造商大都采用TI的DSC，以最大功率點跟蹤(MPPT)算法以及不同負載情況下（如陰天、光照不強等）的動態(tài)算法調節(jié)來實現(xiàn)最大化系統(tǒng)峰值效率。
此外， 近來科學家研究發(fā)現(xiàn)，SiC器件具有優(yōu)于GaAs和Si器件數倍的熱傳導率和電場擊穿電壓，因其效率高，性能好，制成的肖特基二極管成為了太陽能系統(tǒng)的理想解決方案，同樣值得關注。
本文總結
中國政府在《可再生能源長期規(guī)劃》提出，太陽能光伏發(fā)電裝機容量到2010年將發(fā)展到450MWp，而2005年全國太陽能發(fā)電裝機容量僅為6.5MWp，這就意味著中國太陽能裝機容量的復合增長率將會高達38%以上。了解目前太陽能光伏市場發(fā)展動態(tài)，把握太陽能光伏行業(yè)發(fā)展趨勢，對于半導體行業(yè)的發(fā)展是至關重要的。
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