任何并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的系統(tǒng)平衡成本都非常高。鑒于10千瓦系統(tǒng)的逆變器成本高達(dá)數(shù)千美元 - 對(duì)于房主或任何進(jìn)行太陽(yáng)能電池板安裝的人來(lái)說(shuō)，前期成本很高 - 傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使用單個(gè)大型DC-AC逆變器，可能會(huì)導(dǎo)致重新考慮系統(tǒng)的大小和要求。

另一種方法是通過(guò)在每個(gè)面板上添加微型逆變器來(lái)分配逆變器電子設(shè)備。 （參見(jiàn)之前的TechZone文章“簡(jiǎn)化拓?fù)涫翘?yáng)能光伏微逆變器設(shè)計(jì)可靠性的關(guān)鍵”和“微型逆變器提高效率”）。這種方法的優(yōu)點(diǎn)之一是系統(tǒng)可以以完全模塊化的方式增長(zhǎng)，因?yàn)槊總€(gè)面板都提供AC輸出。這使得小型太陽(yáng)能裝置能夠以較低的初始投資啟動(dòng)并運(yùn)行，同時(shí)仍允許未來(lái)擴(kuò)展。

微逆變器支持者經(jīng)常提到的第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是，當(dāng)整個(gè)裝置的輸入太陽(yáng)能在面板之間變化很大時(shí)，能夠優(yōu)化系統(tǒng)的整體輸出。微逆變器中的最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）電子器件通過(guò)最大化每個(gè)單獨(dú)太陽(yáng)能電池板上存在的條件的提取功率來(lái)提高收獲的能量的效率。

由于即使是相對(duì)較小的系統(tǒng)中的所有面板都不會(huì)在運(yùn)行期間始終獲得相同數(shù)量的光能，因此單獨(dú)優(yōu)化功率輸出的能力是創(chuàng)建高效能量收集能力的基本要素?？紤]到太陽(yáng)升起的情況。屋頂?shù)囊徊糠謱⑹艿疥?yáng)光直射，而其他部分則保持陰影。

除了在24小時(shí)周期內(nèi)提高性能外，為每個(gè)面板添加智能將在系統(tǒng)的整個(gè)生命周期中產(chǎn)生效益。投資回報(bào)期為10年或更長(zhǎng)時(shí)間，任何太陽(yáng)能發(fā)電裝置預(yù)計(jì)運(yùn)行至少20年。盡管不同的光伏材料和太陽(yáng)能電池板類(lèi)型表現(xiàn)出廣泛的劣化特性，但是給出了隨時(shí)間的輸出變化。此外，模塊中的每個(gè)單元將表現(xiàn)不同，因此面板到面板的差異可能非常明顯。將充電控制電子設(shè)備推出面板級(jí)別可提高整體系統(tǒng)性能，因?yàn)槊總€(gè)面板的特性會(huì)隨著系統(tǒng)的使用壽命而變化。

面板輸出可以通過(guò)使用MPPT電子元件進(jìn)行優(yōu)化，該電子元件耦合到專(zhuān)用于系統(tǒng)中每個(gè)面板的DC-DC轉(zhuǎn)換器。一個(gè)很好的例子是德州儀器（以前的國(guó)家半導(dǎo)體）SolarMagic SM3320芯片組。 SolarMagic設(shè)計(jì)包括SM72442MT-ND MPPT IC和DC-DC轉(zhuǎn)換器（圖1）。此外，還提供零件號(hào)為SM3320-BATT-EV/NOPB-ND的完整評(píng)估套件。該設(shè)計(jì)采用SolarMagic DC-DC轉(zhuǎn)換器，采用降壓 - 升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和面板模式開(kāi)關(guān)取代傳統(tǒng)電路。 TI的設(shè)計(jì)允許四種操作模式來(lái)提高能量收集性能。

圖1：每個(gè)光伏模塊的專(zhuān)用MPPT和DC-DC轉(zhuǎn)換器電子器件。

有三種直流轉(zhuǎn)換模式可以擴(kuò)展傳統(tǒng)的降壓 - 升壓操作。根據(jù)MPPT IC確定的太陽(yáng)能電池板輸出，選擇僅降壓，僅升壓或降壓 - 升壓交錯(cuò)模式。當(dāng)太陽(yáng)能發(fā)電率較高時(shí)，SolarMagic MPPT將切換到面板模式操作。如果轉(zhuǎn)換器輸出在輸入的2％范圍內(nèi)，則DC-DC轉(zhuǎn)換電子器件由面板模式MOSFET開(kāi)關(guān)旁路。雖然功率跟蹤模式下的典型效率為98.5％，但在面板模式下繞過(guò)轉(zhuǎn)換器可以從系統(tǒng)中獲得更多的能量，并具有99.5％的面板模式效率。

SM72442MT-ND MPPT IC使用擾動(dòng)和觀察方法確定最大功率點(diǎn)，而MPPT算法保持從功率中提取的功率恒定，而不管電池電壓如何。一旦確定了最大功率，Perturb和observe就可以在最大功率點(diǎn)跟蹤能力和紋波電壓之間做出很好的折衷。系統(tǒng)默認(rèn)為適用于鉛酸電池的電壓和電流，但可以對(duì)其他電池化學(xué)成分進(jìn)行重新編程。

對(duì)于接收低水平太陽(yáng)能輸入的字符串中的面板，DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出最終會(huì)丟失。為了確保整個(gè)面板串的持續(xù)運(yùn)行，設(shè)計(jì)應(yīng)在每個(gè)面板上包括二極管?？梢岳@過(guò)深色面板，而其余的字符串繼續(xù)輸出電力（圖2）。

圖2：旁路二極管可防止暗模塊影響串聯(lián)輸出。

用于控制每個(gè)站點(diǎn)的DC-DC轉(zhuǎn)換的電源點(diǎn)跟蹤顯然提供了一種優(yōu)化整個(gè)PV安裝的方法，因?yàn)槊總€(gè)面板的特定位置具有不同的條件。然而，包括對(duì)每個(gè)面板的接線盒的電子控制允許不僅僅是特定于站點(diǎn)的反饋和控制電路。它可以允許遠(yuǎn)程訪問(wèn)和監(jiān)視系統(tǒng)中的每個(gè)面板。

下一步是在SolarMagic SM3320-RF-EV/NOPB-ND評(píng)估套件中進(jìn)行的（圖3）。該系統(tǒng)包括MPPT和DC-DC轉(zhuǎn)換器電子設(shè)備，并添加無(wú)線鏈路。 SM3320-RF-EV/NOPB-ND采用Nordic nRF24LE1芯片，該芯片在單片硅片上集成了2.4 GHz無(wú)線電和8051微控制器。即使添加了射頻電子設(shè)備，套件配置文件仍適用于太陽(yáng)能電池板接線盒。

圖3：具有RF鏈路的SolarMagic SM3320-RF-EV/NOPB-ND MPPT評(píng)估套件。

RF鏈路的主要預(yù)期用途是遠(yuǎn)程關(guān)閉系統(tǒng)中的各個(gè)太陽(yáng)能電池板。在從初始安裝到維護(hù)或緊急情況的許多情況下，遠(yuǎn)程斷開(kāi)各個(gè)面板的能力非常有用。盜竊檢測(cè)和威懾是另一個(gè)特征。雖然鏈路的主要應(yīng)用是這種遠(yuǎn)程關(guān)閉功能，但RF鏈路可用于監(jiān)控每個(gè)面板的性能（圖4）。從運(yùn)營(yíng)商的角度來(lái)看，這將提高預(yù)測(cè)和安排系統(tǒng)維護(hù)的能力。

圖4：帶有智能面板和遠(yuǎn)程監(jiān)控的太陽(yáng)能收集系統(tǒng)。

SolarMagic SM3320-RF-EV/NOPB-ND中RF鏈路的性能不依賴(lài)于接線盒材料或定位。也不需要額外的天線。雖然評(píng)估套件旨在安裝并完全封閉在接線盒外殼內(nèi)，但天線是外部的。 SM3320-RF-EV/NOPB-ND設(shè)計(jì)使用直流電源線作為天線，以保持與遠(yuǎn)程收發(fā)器的強(qiáng)大RF鏈路。

在太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的模塊或面板級(jí)添加智能電子設(shè)備可增加日常使用中收集的潛在能量，以及系統(tǒng)的整個(gè)使用壽命。使用面板級(jí)電子設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，為我們?cè)?1世紀(jì)生活的其他方面已經(jīng)習(xí)慣的光伏系統(tǒng)增加了一定程度的連接性。