由于能源需求不斷增長，有報告稱中國到2010年將成為頭號二氧化碳排放國；而化石能源的稀缺，使可再生能源成為全球性話題。因此發(fā)展太陽能光伏技術成為中國節(jié)能減排戰(zhàn)略中的關鍵?！峨娮庸こ虒］嫛肥袌龇治鰣蟾嬷赋?，2008年中國大陸光伏電池產量已居全球第一，擁有諸如尚德、晶澳、中電光伏和天合等一批光伏電池精英生產商。而金融危機同時也給了中國太陽能光伏產業(yè)一個整合與升級的良機。

　　當前，太陽能光伏市場(包括光伏模塊和逆變器)正以每年約30%的年累積速度增長。太陽能逆變器的作用是將隨太陽能輻射及光照變化的DC電壓轉換成為電網兼容的AC輸出；而對于廣大電子工程師而言，太陽能逆變器是一個值得高度關注的技術領域。因此下文將介紹太陽能逆變器設計所需注意的技術要點、挑戰(zhàn)以及相應的解決方法。

　　基本設計標準

　　基于太陽能逆變器的專用性以及保持設計的高效率，它需要持續(xù)監(jiān)視太陽能電池板陣列的電壓和電流，從而了解太陽能電池板陣列的瞬時輸出功率。它還需要一個電流控制的反饋環(huán)，用于確保太陽能電池板陣列工作在最大輸出功率點，以應付多變的高輸入。目前，太陽能逆變器已有多種拓撲結構，最常見的是用于單相的半橋、全橋和Heric(Sunways專利)逆變器，以及用于三相的六脈沖橋和中點鉗位（NPC）逆變器；圖1所示是這些逆變器的拓撲圖(Microsemi圖源)。同時，設計還需遵從安全規(guī)范，并在電網發(fā)生故障的時候可以快速斷開與電網的連接。因此，太陽能逆變器的基本設計標準包括額定電壓、容量、效率、電池能效、輸出AC電源質量、最大功率點跟蹤（MPPT）效能、通信特性和安全性。

圖1a：半橋逆變。圖1b：全橋逆變器

圖1c：Heric逆變器

圖1d：三相橋逆變器。圖1e：NPC三級逆變器

　　額定電壓：太陽能逆變器的主要功能是把來自光伏面板（有時是經過穩(wěn)壓的DC電壓）的可變DC電壓轉換為AC電壓以驅動負載或給電網供電。最常用的單相和三相AC電壓分別為120V/220V以及208V/380V；而對工業(yè)應用來說，480V也很常見。對選定的逆變器拓撲來說，輸出AC電壓的范圍將決定DC母線電壓以及每個半導體開關的額定電壓。

　　容量：它是太陽能逆變器額定功率的另一個說法。該數值在200W（面板集成模塊）到數百千瓦之間。容量越大，逆變器的體積越大、價格越高。太陽能逆變器的成本以美元/瓦來衡量。就一個恰到好處的設計而言，確定容量時，必須把浪涌、過載以及連續(xù)工作模式等情況考慮在內。

　　效率：每個太陽能逆變器都有其對效率（輸出功率/輸入功率）的要求，例如，一個數千瓦系統(tǒng)的典型效率可達95%?；谔柲荜嚵械哪芰哭D換效率相對低（約在15%左右）的事實，所以，就以最小的太陽能面板獲得最多的輸出功率來說，高效逆變器具有非常重要的意義。

　　電池能力：在逆變器的DC側加裝電池組起著能量緩存器的作用，它能平抑DC電壓可能的波動并把負載還未使用的能量存儲起來。電池能力的一個優(yōu)點是當天黑時仍可持續(xù)提供能量。任何加裝了電池的太陽能逆變器都需要電池控制器，雖然在連接電網的情況一般用不到。

　　輸出功率質量：源于逆變器內在的開關模式特性，其AC輸出波形并非理想的正弦波，且通常還包含由脈寬調制（PWM）引入的寬范圍高頻諧波。對許多電子負載來說，這些諧波有害無益；當并網時，這些諧波成為污染源。盡管有這些諧波，太陽能逆變器依然能夠對負載較差的功率因數進行補償，并弱化諸如電壓驟降和波動等電源質量問題。一款設計精良的太陽能逆變器應輸出近似正弦波并減少引入到電網內不期望的低頻成分。

　　MPPT效能：太陽能面板的輸出將遵循電流-電壓曲線圖中不同光照條件下的一系列特性曲線，因此，為獲得最大功率輸出，需對電壓進行動態(tài)調節(jié)。最大功率點跟蹤手法類似獲取內燃機最佳效率曲線的作法，其中，扭矩和速度對應電流和電壓。過去10年間，開發(fā)出若干算法，其中最流行的是通過擾動電壓和觀察輸出的方法。

　　通信特性：對一個數千瓦的太陽能逆變器來說，構建一個用于監(jiān)控和數據存儲的通信連接很有必要。歸功于當今這樣一個數字時代，作為一種通用控制器的微處理器(MCU)很適合該功能。

　　安全性：有兩個含義：1.當并網時，需仔細觀察波形并在掉電時，立即切斷連接；反孤島保護對此很關鍵。2.維護和維修時，工作人員應沒安全風險。

　　并網逆變器需要在不降低功率等級的前提下，緊密匹配電網的相位和頻率。在并網時，逆變器能夠把負載用不了的電能回送至電網且無須借助體積龐大、成本高昂的能量存儲器件。基于安全考慮，并網的逆變器將在掉電時自動切斷且一般沒有用于存儲能量的電池組。