微逆變器通過(guò)在單個(gè)電池板級(jí)別上進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換，為太陽(yáng)能收集提供了有效的解決方案。高度集成的MCU的出現(xiàn)為微逆變器設(shè)計(jì)提供了一種有吸引力的方法，降低了復(fù)雜性的成本，這是過(guò)去限制微逆變器廣泛采用的問(wèn)題。

太陽(yáng)能收集系統(tǒng)已經(jīng)從傳統(tǒng)的集中式解決方案發(fā)展出來(lái)。與基于單個(gè)中央逆變器或多個(gè)串聯(lián)逆變器的系統(tǒng)不同，微逆變器將電能從單個(gè)電池板上進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然后，微逆變器在輸出端將每個(gè)電池板上產(chǎn)生的交流電能進(jìn)行合并，供給負(fù)載。

通過(guò)在每個(gè)太陽(yáng)能電池板上產(chǎn)生交流電能，微逆變器的方法減少或消除了與中央逆變器甚至串聯(lián)逆變器系統(tǒng)相關(guān)的昂貴布線、冷卻和其他設(shè)施要求的成本。在設(shè)施級(jí)別，由于照明、陰影、污垢或電池板老化所產(chǎn)生的整體轉(zhuǎn)換效率的損失大大降低。雖然使用微逆變器會(huì)增加單個(gè)電池板的成本，但太陽(yáng)能系統(tǒng)的總體成本通常較低，并且具有更高的轉(zhuǎn)換效率。

經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的解決方案

盡管微逆變器具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但作為傳統(tǒng)逆變器系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)實(shí)惠替代方案，它們發(fā)展緩慢。過(guò)去，太陽(yáng)能逆變器設(shè)計(jì)的復(fù)雜功能增加了這些系統(tǒng)的成本，足以抵消集中太陽(yáng)能解決方案的缺點(diǎn)。事實(shí)上，為了最大限度地提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換，需要對(duì)不斷變化的環(huán)境條件做出響應(yīng)，需要復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，難以實(shí)現(xiàn)適用于單個(gè)太陽(yáng)能電池板所需的成本和效果。

在理想情況下，太陽(yáng)能電池板在其IV曲線上的特定點(diǎn)上產(chǎn)生最大功率輸出，這由環(huán)境和電池板自身的特性所決定。實(shí)際上，在實(shí)際應(yīng)用中，這個(gè)最大功率點(diǎn)（MPP）可能很難捕捉，它會(huì)隨著陰影從云層或污垢的遮擋而移動(dòng)到功率曲線上的不同點(diǎn)。復(fù)雜的太陽(yáng)能系統(tǒng)使用最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）方法來(lái)修改電池板的工作電壓，以確保在不同條件下電池板產(chǎn)生其最大功率輸出。

流行的MPPT方法，如擾動(dòng)觀察（P&O），使用簡(jiǎn)單的方法定期調(diào)整電池板的工作電壓，以尋找能夠提高電池板功率輸出的任何電壓增加或減少。如果電壓的增加導(dǎo)致功率輸出降低，P&O算法將在下一個(gè)調(diào)整步驟中逐步減小工作電壓，然后重復(fù)此過(guò)程，直到在任何方向上進(jìn)行電壓的增量變化都會(huì)導(dǎo)致電池板功率輸出降低。然而，在實(shí)踐中，功率輸出曲線中出現(xiàn)的局部極大值通常需要更復(fù)雜的方法，而不僅僅是簡(jiǎn)單的步驟增量。

基于MCU的解決方案

在過(guò)去，構(gòu)建有效的MPPT系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)，工程師們可能不得不面對(duì)局部極大值或其他因素這樣的特殊情況，這可能會(huì)快速增加成本和延長(zhǎng)進(jìn)度。如今，工程師們可以找到各種可用的設(shè)備，能夠提供完整的解決方案，并且只需要最少的額外組件。事實(shí)上，集成的MCU提供了芯片上的功能，能夠滿足測(cè)量和分析的要求，通常只需要在輸入端進(jìn)行電壓和電流傳感的補(bǔ)充模擬電路，以及在輸出端進(jìn)行電源調(diào)節(jié)。MCU制造商通常提供相關(guān)的軟件庫(kù)，其中包括即用的MPPT算法，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了微逆變器設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)流程。

對(duì)于MPPT實(shí)現(xiàn)，適用的MCU結(jié)合了處理器核心、存儲(chǔ)器和一整套模擬外設(shè)。至少，這些MCU提供了用于測(cè)量電池板電壓和電流的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、用于精確模擬處理的電壓參考和模擬比較器，以及在電壓轉(zhuǎn)換階段所需的脈寬調(diào)制（PWM）輸出。

除了需要具有必要的片上外設(shè)和實(shí)時(shí)性能的MCU之外，開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能收集中的高電壓應(yīng)用的工程師還可能面臨安全要求，例如IEC 61508 SIL-3安全標(biāo)準(zhǔn)。為了應(yīng)對(duì)這一新要求，MCU廠商提供出許多不同的地系列產(chǎn)品，這些設(shè)備圍繞一對(duì)在鎖步運(yùn)行的ARM Cortex-R4F核心構(gòu)建，結(jié)合了ADC和PWM，具有能夠不斷監(jiān)控其自身運(yùn)行并提供幾乎即時(shí)的故障檢測(cè)而不影響性能的功能。

將微逆變器放置在每個(gè)太陽(yáng)能電池板上可以實(shí)現(xiàn)高效的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換并降低成本。然而，過(guò)去，提取太陽(yáng)能陣列的最大功率所需的復(fù)雜設(shè)計(jì)使這種分散式方法的廣泛使用受限。如今，工程師們可以利用廣泛的MCU系列，這些MCU集成了執(zhí)行高效能量收集所需的外設(shè)，實(shí)現(xiàn)基于MCU的經(jīng)濟(jì)高效的微逆變器設(shè)計(jì)，滿足各種應(yīng)用性能要求和功能能力。