高效微型太陽能逆變器測試方法

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致了自然資源的快速枯竭，從而引發(fā)了人們對可再生性能源日益強(qiáng)烈的需求。因此太陽能、風(fēng)能、水力和地?zé)崮艿葻o污染、永不枯竭的能源將越來越受到人們的重視。在歐美國家，以太陽能為首的可再生能源已經(jīng)得到了廣泛的使用。與中國的情況不同(由政府和大公司出面集中建設(shè)太陽能發(fā)電站)，歐美國家大力地發(fā)展家用型太陽能供電系統(tǒng)，在建筑物屋頂上建立小型的發(fā)電設(shè)施。他們所使用的單塊太陽能電池板的最大輸出功率一般在100～200瓦左右。通過連接逆變器可將太陽能電池板所產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能并將其并網(wǎng)輸送到市電網(wǎng)絡(luò)。這些電能既可供給自己家庭使用，也可以將多余的電量出售給電力公司。

微型逆變器具有體積小巧、可以靈活安裝在房頂或墻壁上、轉(zhuǎn)化效率高以及價格相對便宜等優(yōu)勢，非常適合家庭使用。國內(nèi)很多公司已經(jīng)開始了對微型逆變器的研發(fā)和生產(chǎn)，并形成了很大的出口規(guī)模。

太陽能電池板的輸出不同于一般直流供電設(shè)備的輸出，其輸出I-V特性曲線與光照、溫度等環(huán)境因素密切相關(guān)，工作點(diǎn)的電壓電流值在曲線上隨負(fù)載的變化而變化。為最大化太陽能電池板的輸出功率，逆變器往往還需要具有峰值功率追蹤功能，保證工作點(diǎn)始終處于I-V曲線上的最大功率點(diǎn)附近。對逆變器進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)與認(rèn)證的關(guān)鍵是要在不同的環(huán)境條件下(即不同的I-V曲線上) 測試驗(yàn)證逆變器的輸入輸出特性。

測試的主要內(nèi)容包括：開發(fā)和驗(yàn)證逆變器峰值功率跟蹤電路(MPPT)算法的性能；

測量和驗(yàn)證逆變器的效率；

驗(yàn)證逆變器在極高、極低輸入電壓條件下產(chǎn)生的電網(wǎng)電平輸出的穩(wěn)定性；

性能認(rèn)證測試: 確認(rèn)不同環(huán)境條件下的輸出性能；

性能加速壽命測試：僅用幾周時間來推算工作數(shù)年后的結(jié)果；

針對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證測試。

為達(dá)到這些測試目的，必須創(chuàng)造出一種可預(yù)期、可重復(fù)的太陽光照條件，并控制其環(huán)境溫度，以得到固定的I-V輸出曲線。自然界的光照和其他環(huán)境因素難于控制，因此直接使用太陽能電池板對逆變器的性能進(jìn)行測試是不可行的。

為了能夠精確仿真太陽能電池板在特定環(huán)境條件下的輸出(特別是對于小功率逆變器，仿真精度的要求往往更高)，很多廠家推出了專用的太陽能方陣模擬器，用于模擬各種環(huán)境下太陽能電池板的輸出特性，精確地復(fù)現(xiàn)出不同環(huán)境條件下的I-V輸出特性曲線。I-V曲線的數(shù)據(jù)多來自于用戶對太陽能電池板輸出的實(shí)際測量結(jié)果。為了簡化操作，目前國際上通用的曲線設(shè)置方式是：通過I-V曲線上的四個特征值，即Voc(開路電壓值)、Isc(短路電流值)、Vmp(最大功率點(diǎn)電壓值)、Imp(最大功率點(diǎn)電流值)來擬合得到完整的I-V曲線。所使用到的公式如下所示：

在上述公式的指導(dǎo)下，在太陽能方陣模擬器內(nèi)部可以精確的建立一條I-V曲線，用來仿真某一特定環(huán)境條件下太陽能電池板的輸出，如圖1所示。無論負(fù)載如何改變，太陽能方陣模擬器的工作點(diǎn)將始終位于這條曲線之上。