太陽能不再是一項新興技術，而是正在經(jīng)歷重大技術變革的技術，日趨成熟。我們朝著電網(wǎng)平價(太陽能成本與傳統(tǒng)能源發(fā)電類型的成本相當)，并且改進傳統(tǒng)能源發(fā)電類型構成的目標前進，因為將面板中的直流電轉換為可用交流電的過程變得更加高效且經(jīng)濟實惠。
但是，雖然太陽能面板在近幾年價格顯著降低，但下一波太陽能發(fā)展浪潮將由功率轉換器系統(tǒng)的新技術推動。先進復雜的多級功率開關拓撲的興起將基于碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)材料，加上更高的工作電壓(最高1600 VDC)，實現(xiàn)更加快速的功率開關，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，性能將大幅提高。更高的開關頻率意味著功率轉換器的無源元件，即感應線圈和電容尺寸可以大幅減小，從而可減輕重量、降低成本。這兩項均為太陽能市場進一步擴大的關鍵優(yōu)勢。
因此，這些新的功率開關拓撲正在推動可提供相關控制和支持的器件的變革。更小、更快的系統(tǒng)需要整個功率轉換信號鏈的改進更快地處理和更好地器件集成。但是，隨著現(xiàn)代光伏逆變器越來越小，這些創(chuàng)新加劇了處理功率轉換所固有的重要安全性問題的挑戰(zhàn)，也就是說，由于這些系統(tǒng)尺寸縮小，危險電壓的物理隔離變得更加復雜。
雖然太陽能面板或太陽能模塊是太陽能系統(tǒng)的核心，也是較為明顯的部分，但在整個信號鏈中，更復雜的部分是光伏逆變器——控制系統(tǒng)的大腦。光伏逆變器需要經(jīng)過仔細設計，以保護電流測量和計算電路，使其不受功率處理電路以及開關所引起的瞬態(tài)信號影響。但是，這種保護代價不菲：多個冗余隔離器件會提升成本和系統(tǒng)復雜性。而且很明顯，通過可編程處理器來運行這些系統(tǒng)所需的日益復雜的算法，需要考慮代碼完整性以保證系統(tǒng)自身的安全性問題。
此外，官方的安全認證是所有開發(fā)人員面臨的要求。必須遵守許多有關安全斷開連接(和重新連接)的法規(guī)。系統(tǒng)必須以多快的速度響應、如何處理掉電和停電、快速斷開連接和電弧檢測，這些均必須得到解決—在許多情況下，每個國家/地區(qū)的解決辦法不同。由于認證會增加開發(fā)時間(成本)，因此已證明合格的器件和方法極具吸引力，并且還需要足夠靈活，能夠適應多個不斷演變的區(qū)域安全法規(guī)。
幸運的是，通過使用可集成先進混合信號控制處理器、并被互補隔離電流檢測和柵極驅動器技術包圍的功率逆變器平臺，這些問題便可以迎刃而解。
1單一故障安全
對于安全關鍵應用，如太陽能光伏逆變器的交流監(jiān)控器和隔離器，除了監(jiān)控設備以外，安全標準需要冗余的監(jiān)控元件，以確保單一故障安全。在傳統(tǒng)光伏逆變器中，這一點通過在系統(tǒng)中添加監(jiān)控處理器來完成，該處理器充當冗余監(jiān)控元件，然后控制繼電器K2(圖1)。在傳統(tǒng)光伏逆變器控制硬件中，單獨的監(jiān)控處理器負責冗余安全元件K2及相關監(jiān)控。兩個處理器均運行部分安全軟件，并通過標準I/O設施通信。
PV Strings光伏串
PV Inverter Power Hardware光伏逆變器功率硬件
AC Grid交流網(wǎng)
Supervisor電源監(jiān)控器
Redundant Safety冗余安全
Control Processor控制處理器
System Management系統(tǒng)管理
ControlMPPT, DC-to-DC, DCAC控制MPPT、DC至DC、DCAC
Redundant Safety冗余安全
COMMs Processor通信處理器
COMMs通信
圖1系統(tǒng)中添加監(jiān)控處理器來確保單一故障安全
