可再生能源可能是一項昂貴的工作，光伏系統(tǒng)也不例外。地面和屋頂安裝框架必須足夠堅固以應對極端天氣和條件，即使沒有跟蹤也可能非常昂貴。

如果您使用蓄電池，則需要花費大量的初始費用和每隔這么多年的更換成本。從積極的方面來說，鉛酸電池中90％的材料是完全可回收的。充電器和逆變器也不便宜。

面板是最大的費用。幸運的是，隨著更高的制造能力上線，光伏電池板的價格開始下降，但尚未達到大規(guī)模部署的水平。

2008年，1000美元/千克硅的價格保持了每瓦3至4美元的面板。將硅生產(chǎn)能力的增長與全球經(jīng)濟放緩相結(jié)合，使價格降至40美元/公斤水平，這意味著我們可能很快就會達到令人垂涎的每瓦特一美元的價位，許多人認為這將使光伏太陽能在非公平的競爭環(huán)境中 - 可再生能源技術(shù)。我們現(xiàn)在每瓦約1.50美元。

要達到高級別部署的水平，投資回報必須更快。太陽能電池板的低成本承諾是提高投資回報的一個因素。另一個是由于使用微型逆變器而改變了光伏系統(tǒng)的架構(gòu)。無論哪種方式，更有效利用太陽能的電子產(chǎn)品市場即將爆發(fā)。

改變格局

微型逆變器正在改變可再生能源系統(tǒng)的格局。通過并網(wǎng)面板，您可以為智能電網(wǎng)提供能源，更輕松地成為能源生產(chǎn)商和用戶。

對并網(wǎng)面板最大的吸引力在于您不再需要購買，維護和使用蓄電池組和逆變器。相反，能量直接進入電網(wǎng)。

在不利方面，如果您失去動力，您將無法使用電池組的備用容量來保持設(shè)備的供電，尤其是在高度動態(tài)和不一致的陽光下。

由于承諾降低水電費并降低投資成本，綠色運動可能會有牙齒。為此，需要能夠從廣泛的太陽能條件中提取盡可能多的可用能量的電子電路。

這意味著太陽能拓撲正在發(fā)生變化。隔離二極管不再是組合多個面板的方法（見圖1A），每提取一焦的能量都可以提高性能系數(shù)?，F(xiàn)在，每個面板或一系列面板都有自己的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以盡可能高效地獨立提取能量，以便將其饋送到微型逆變器（見圖1B）。

圖1A：僅使用保護二極管來連接多個太陽能電池板的舊的簡單而有效的技術(shù)不再有效。

圖1B：當每個面板或一系列面板都有自己的微型逆變器時，每個太陽能電池板都可以為智能電網(wǎng)提供最大的能量。

實現(xiàn)這一目標的唯一方法是使用開關(guān)電源電路，以便在您希望從太陽能電池板或一系列電池板看到的各種條件下高效運行。因此，這是一個兩步過程。第一種是從可用的太陽能電池中提取最大量的能量，以創(chuàng)建能量“池”。該池用于創(chuàng)建并網(wǎng)逆變器，該逆變器改變其相角以向線路提供電力。

本文討論了一些可用于從變化的輸入電壓中有效提取功率的開關(guān)穩(wěn)壓器器件，例如太陽能電池板。

開關(guān)打開

大多數(shù)情況下，有三種類型的太陽能電池板可供選擇。這些是多晶（許多晶體連接在一起），單晶（單個級聯(lián)晶體）或非晶（硅沉積在玻璃上）（見圖2）。雖然這些選擇的特性，效率和成本會有所不同，但它們都只是兩個產(chǎn)生電壓和電流的終端設(shè)備。

圖2：多晶太陽能電池分別采用標簽和接線方式。 Mono Crystalline是一種連續(xù)晶體，Amorphic太陽能電池是玻璃上的薄沉積物。

典型的單結(jié)硅太陽能電池產(chǎn)生約0.5至0.6伏特。電池的電壓通常與其尺寸無關(guān)。此外，隨著光強度的變化，電壓不會發(fā)生太大變化。不同光強度的變化是電池可以產(chǎn)生的電流（見圖3）。

圖3：光伏產(chǎn)生的電壓細胞保持不變。隨著光強度增加的電流。

由于太陽能電池板由單獨的面板組成，這些面板串聯(lián)起來以獲得更高的電壓并且并聯(lián)以獲得更高的電流，因此可以形成任何容量電池或系統(tǒng)。通常，您會看到具有12伏，18伏和24伏額定輸出的舊面板。電流容量也可以在100mA至20A或更低的范圍內(nèi)變化。這是一個很大的范圍。

較新的面板現(xiàn)在通常為48 V或更高。這可以稍微提高效率，因為較少的線路IIR功率損耗將功率從電池移動到能量提取器。這還可以降低成本，因為將電池連接到功率調(diào)節(jié)器所需的導線可以更薄。這對于使用微型逆變器來說不那么重要，因為它們通常非?？拷柲茈姵?。

由于太陽能條件不同，從黃昏和陰天到太陽直射都會改變太陽能電池板的輸出電流（太陽的入射角和太陽能電池板的溫度），對于能量提取器來說非常重要即使在存在非常小的太陽輻射的情況下，也能在很寬的條件下以良好的效率運行，以向電網(wǎng)提供可用的電力。這是開關(guān)穩(wěn)壓器發(fā)光的地方，因為線性和低壓差穩(wěn)壓器會浪費太多功率。

尺寸問題

您希望處理的功率量決定了開關(guān)穩(wěn)壓器的可用選擇。輸入電壓限制以及輸出范圍將決定感興趣的部件。

為了幫助適應更新的高壓面板，可以使用美國國家半導體的SM72485 SolarMagic?開關(guān)穩(wěn)壓器。它具有6至95伏的寬工作范圍。它是美國國家半導體SolarMagic系列產(chǎn)品系列的一部分，旨在實現(xiàn)可再生能源收集，如光伏太陽能。

SM72485專為PV智能接線盒，太陽能電信電源和42伏新興汽車系統(tǒng)而設(shè)計，包含一個內(nèi)部100伏N通道降壓穩(wěn)壓器開關(guān)晶體管。輸出電壓由兩個外部編程電阻決定，該電阻為調(diào)節(jié)比較器提供內(nèi)部2.875伏參考電壓。它使用可變占空比，與輸入電壓成反比，處理短路保護以及熱和過壓。

這款SM72485非常適合從太陽能電池獲取能量并創(chuàng)建中級能量池，可以驅(qū)動其他電路，或用于驅(qū)動小型微型逆變器。輸出電壓可在2.5伏或更高的電壓范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，獨立調(diào)節(jié)器只需很少的外部元件（見圖4）。

圖4：SM72485只需極少的外部元件，使其成為空間受限設(shè)計的理想解決方案（Courtesy National Semiconductor）。

對于需要產(chǎn)生更高輸出電流的12和24伏系統(tǒng)，凌力爾特公司的LT1270高效降壓轉(zhuǎn)換器是一個不錯的選擇。 3.5至30伏的輸入范圍并不適合36伏和48伏電壓板，但小于8安培的容量對于單芯片高效率轉(zhuǎn)換器來說并不錯。還存在十安培‘A’版本。

LT1270采用電流模式切換技術(shù)，開關(guān)頻率為60 KHz。它可以采用降壓，升壓或反激配置，高電流開關(guān)集成在可散熱的TO-220-5引腳封裝中。這使它易于使用。

凌力爾特LT3957是另一個填補能量池的好方法。 LT3957具有3至40伏的稍高輸入電壓范圍，在更高的輸出電流下可實現(xiàn)95％的效率額定值（見圖5）。

圖5：LT3957在更高的輸出電流下保持高效率（Courtesy Linear Technology）。

可以通過100 KHz至1 MHz的外部電阻設(shè)置開關(guān)頻率。 LT3957還具有同步引腳，可以幫助將此部分與外部時鐘同步。內(nèi)部N溝道功率MOSFET可在5安培下處理高達40伏的電壓，為驅(qū)動微型逆變器，設(shè)備或充電器提供大量潛在電力。

STMicroelectronics L4970A是另一種可以制造出良好能量提取器的高電流部件。該10安培輸出容量器件使用0％至90％的開關(guān)占空比產(chǎn)生高達40伏的輸出。 L4970A具有輸入和輸出同步引腳，采用內(nèi)部隔離DMOS功率晶體管，與CMOS和雙極晶體管混合，可提供最佳性能。

查看Digi-Key網(wǎng)站上的數(shù)據(jù)表，找到一個測試和評估參考設(shè)計，在10安培輸出時只有30 mV的紋波，同時保持83％的整體效率。當結(jié)溫升至150攝氏度以上時，熱保護會禁用電路，并且滯后功能可防止可能發(fā)生的不穩(wěn)定的開/關(guān)振蕩。

尋找最佳位置

當從太陽能電池板汲取過多電流時，輸出電壓會急劇下降（見圖6）?？梢蕴崛∽畲蠊β实狞c稱為最大功率點。雖然太陽能電池板可以固定而不跟蹤太陽，但最大功率點跟蹤（MPPT）控制器用于從太陽能電池中獲取最大功率。

圖6：最大功率點是所吸取的電流使電壓幾乎保持在峰值水平的位置。任何更多和輸出直線下降。

這項相對較新的技術(shù)使用算法方法來感知最大功率提取點，并控制充電控制器將電力輸送到電池，或者創(chuàng)建可供電池使用的能量池。微逆變器。

MPPT不僅僅是一臺狀態(tài)機，通常作為基于微控制器的專用系統(tǒng)實現(xiàn)。恩智浦半導體推出MPT612 MPPT IC。這是一款基于ARM?的處理器，根據(jù)恩智浦的設(shè)計，可以從太陽能電池板中提取高達98％的能量。

MPT612使用專利算法，該算法在內(nèi)部ARM7TDMI-STM RISC處理器上實現(xiàn)。它以70 MHz的頻率運行，控制調(diào)節(jié)器的外部開關(guān)，用作電池充電器或微型逆變器。該設(shè)備也支持燃料電池應用。

32位流水線處理單元具有32 KB的片上閃存，用于固件和8 KB的靜態(tài)RAM。處理器使用標準的16位Thumb約定來減少代碼和內(nèi)存要求。

MPT612使用1.8伏內(nèi)核消耗100 mA，具有5 V容差的3.3 V I/O.該芯片只能與MPT612軟件堆棧和API一起使用。該公司還提供基于上下文的參考手冊，以幫助部署和了解其使用和操作。

美國國家半導體有一個名為SM72442MT的MPPT設(shè)備。據(jù)美國國家半導體公司稱，這是另一款SolarMagic級設(shè)備，其效率達到99.5％。它使用National自己的專有算法Panel Panel，它輸出四個PWM柵極驅(qū)動信號，形成一個四開關(guān)降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器。 8通道12位A/D轉(zhuǎn)換器對電壓和電流進行采樣，以提供1/100秒的快速收斂時間，即使在不斷變化的太陽能條件下，控制器也能保持高效率。

STMicroelectronics SPV1020還實現(xiàn)了MPPT。 SPV1020將公司的Perturb和Observe MPPT算法與控制器與DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器相結(jié)合，在零至45伏的工作電壓范圍內(nèi)也可實現(xiàn)98％的效率。

一個很好的特性是集成的SPV1020在片內(nèi)集成了一個功率MOSFET，用于有源同步整流。這減少了固定頻率（100 KHz）PWM的外部元件數(shù)量，并將占空比從5％增加到90％，增量為0.2％。與其他組件一樣，內(nèi)置過溫和過壓停機。 SPI總線用于允許SPV1020與充當主設(shè)備的主機控制器通信。

STMicroelectronics提供稱為STEVAL-ISV005V1的評估板，可用作300瓦面板的演示板。它實現(xiàn)了三個SPV1020，效率高達98％，是學習用于優(yōu)化逆變器功率的四相交錯技術(shù)的有效工具。

我們正處于光伏太陽能正在達到大眾吸引力的轉(zhuǎn)折點。隨著稅收優(yōu)惠和折扣仍然可用，太陽能有望進入我們所有人希望的可再生能源領(lǐng)域。