太陽能是將可再生能源從太陽光轉化為電能，可以直接使用光伏發(fā)電（PV）、間接使用聚光太陽能發(fā)電，也可以兩者結合。聚光太陽能系統(tǒng)使用透鏡或鏡子以及太陽跟蹤系統(tǒng)將大面積的陽光聚焦成小光束，光伏電池利用光伏效應將光轉換為電流。

無變壓器太陽能逆變器的基本結構，具有以下功能組：升壓轉換器和逆變器。

DC/DC升壓轉換器

DC/DC升壓轉換器有助于提高太陽能系統(tǒng)的效率、可靠性和可持續(xù)性。它們使太陽能系統(tǒng)更容易與電網連接，降低了能源損耗，并提供了更靈活的能源管理選項。

1. 太陽能電池組件匹配：太陽能電池板產生直流（DC）電力，但輸出電壓可能會因多種因素而變化，如天氣條件和日照強度。DC/DC升壓轉換器可用于將電池板輸出的低電壓升壓為所需的電網互連電壓，以確保太陽能電池板的最佳工作狀態(tài)。

2. 最大功率點跟蹤（MPPT）控制：MPPT是一種技術，通過監(jiān)測太陽能電池板的電流和電壓，以確保系統(tǒng)以最大效率捕獲太陽能。DC/DC升壓轉換器可在太陽能逆變器中用于實施MPPT控制，以最大程度地提高能源利用率。

3. 網絡互連：太陽能電池板產生的電力需要與電網連接或存儲在電池中以供后續(xù)使用。DC/DC升壓轉換器用于升壓電池的輸出電壓，以滿足電網互連的標準電壓要求。

4. 多電池系統(tǒng)：在大型太陽能電力站和分布式能源系統(tǒng)中，通常需要連接多個太陽能電池板或電池組件。DC/DC升壓轉換器可以協(xié)調這些多個源，并確保它們以最佳效率工作。

5. 降低線路損耗：太陽能電池板通常安裝在太陽能陣列中，并可能與能源存儲系統(tǒng)之間距離較遠。使用DC/DC升壓轉換器可以降低電力輸送線路上的能量損耗，從而提高系統(tǒng)的整體效率。

6. 穩(wěn)定電壓和電流：太陽能系統(tǒng)的性能受到環(huán)境條件的影響，如陰天或陰雨天。DC/DC升壓轉換器有助于穩(wěn)定輸出電壓和電流，以確保系統(tǒng)在各種條件下都能正常運行。

DC/DC升壓轉換器有助于提高太陽能系統(tǒng)的效率、可靠性和可持續(xù)性。它們使太陽能系統(tǒng)更容易與電網連接，降低了能源損耗，并提供了更靈活的能源管理選項。

逆變器

逆變器在太陽能應用領域中用于將太陽能電池板產生的直流（DC）電力轉換為可供家庭、工業(yè)和商業(yè)用途的交流（AC）電力。逆變器根據其設計和功能的不同，可以分為不同類型，每種類型適用于特定的應用場景。

1. 弦式逆變器（String Inverter）：

- 應用場景：弦式逆變器適用于典型的住宅和商業(yè)太陽能系統(tǒng)。它們通常與一組太陽能電池板串聯連接，將它們的輸出匯總到一個逆變器上。這種配置適用于相對均勻的光照條件，如屋頂安裝或小型商業(yè)太陽能系統(tǒng)。

2. 微逆變器（Micro Inverter）：

- 應用場景：微逆變器適用于那些需要最大化每個太陽能電池板性能的場景。每個太陽能電池板都配備一個微逆變器，將其直流輸出轉換為交流。這有助于降低系統(tǒng)中各個電池板之間的不均勻性，并使系統(tǒng)更適應變化多端的光照條件，如陰影覆蓋或不均勻傾斜。

3. 多電池級逆變器（Multi-String Inverter）：

- 應用場景：多電池級逆變器適用于中等規(guī)模商業(yè)太陽能系統(tǒng)或農村電力系統(tǒng)。它們具有多個輸入通道，可以連接多個太陽能電池板組，并具有更高的電力處理能力。這使它們適合在系統(tǒng)規(guī)模較大或太陽能電池板數量眾多的情況下使用。

4. 集中式逆變器（Central Inverter）：

- 應用場景：集中式逆變器通常用于大型太陽能電站或工業(yè)規(guī)模太陽能系統(tǒng)。它們能夠處理大量太陽能電池板的輸出，將它們集中到一個中央逆變器中。這種配置降低了硬件和維護成本，適用于大規(guī)模能源產生。

5. 混合逆變器（Hybrid Inverter）：

- 應用場景：混合逆變器適用于聯網與脫網應用，例如家庭能源存儲系統(tǒng)。它們不僅可以將太陽能電池板的電力轉換為電網供電，還可以將多余的電力存儲在電池中，以供晚上或陰雨天使用。這有助于提高自給自足能源系統(tǒng)的可靠性。

6. 追蹤逆變器（Tracking Inverter）：

- 應用場景：追蹤逆變器用于系統(tǒng)具有多個太陽能電池板陣列的應用，可以根據太陽的位置動態(tài)調整每個陣列的輸出以最大化能源產生。這種逆變器適用于要求高效率和精確跟蹤的太陽能系統(tǒng)。

太陽能中使用的功率半導體

太陽能發(fā)電系統(tǒng)中使用的功率半導體作用于轉換、調節(jié)和控制太陽能電池板產生的電力。主要的功率半導體有這些：

1. 絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistors, IGBTs）：

IGBTs通常用于大型太陽能逆變器，它們能夠處理高功率應用，如工業(yè)太陽能系統(tǒng)。它們還用于控制電流流向和保護系統(tǒng)免受過載和短路的影響。IGBTs結合了普通雙極型晶體管和場效應晶體管的優(yōu)點，提供高性能和高電壓承受能力，適用于高功率應用。

2. 場效應晶體管（Field-Effect Transistors, FETs）：

FETs在太陽能系統(tǒng)中用于開關和調節(jié)電流，例如，在充電控制和逆變器拓撲中。它們也用于最大功率點跟蹤（MPPT）控制。FETs具有低導通電阻和高開關速度，使它們成為高效能源轉換的理想選擇，減少能源損耗。

3. 整流二極管（Rectifier Diodes）：

整流二極管用于太陽能逆變器和充電控制器中，將交流電轉換為直流電，或將太陽能電池板輸出的直流電傳輸到電池中。整流二極管具有低壓降和快速反應時間，有助于減少功率損耗和提高電路效率。

在大多數情況下，逆變器使用基于硅技術的功率半導體，例如 MOSFET 和 IGBT，但優(yōu)化效率和提高功率密度的需要需要提高逆變器開關頻率。這反過來又要求功率開關實現低開關損耗——這是硅功率開關的一個主要問題。GaN 在高開關頻率下實現超低開關損耗，因此是系統(tǒng)效率和功率密度的絕佳選擇，正因如此GaN正在獲得新關注。這體現出功率半導體在太陽能領域中的應用也在快速地發(fā)展中。