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 - 對于房主或任何進(jìn)行太陽能電池板安裝的人來說，前期成本很高 - 傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計，使用單個大型DC-AC逆變器，可能會導(dǎo)致重新考慮系統(tǒng)的大小和要求。

另一種方法是通過在每個面板上添加微型逆變器來分配逆變器電子設(shè)備。 （參見之前的TechZone文章“簡化拓?fù)涫翘柲芄夥⒛孀兤髟O(shè)計可靠性的關(guān)鍵”和“微型逆變器提高效率”）。這種方法的優(yōu)點之一是系統(tǒng)可以以完全模塊化的方式增長，因為每個面板都提供AC輸出。這使得小型太陽能裝置能夠以較低的初始投資啟動并運行，同時仍允許未來擴展。

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

由于即使是相對較小的系統(tǒng)中的所有面板都不會在運行期間始終獲得相同數(shù)量的光能，因此單獨優(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]到太陽升起的情況。屋頂?shù)囊徊糠謱⑹艿疥柟庵鄙洌渌糠謩t保持陰影。

除了在24小時周期內(nèi)提高性能外，為每個面板添加智能將在系統(tǒng)的整個生命周期中產(chǎn)生效益。投資回報期為10年或更長時間，任何太陽能發(fā)電裝置預(yù)計運行至少20年。盡管不同的光伏材料和太陽能電池板類型表現(xiàn)出廣泛的劣化特性，但是給出了隨時間的輸出變化。此外，模塊中的每個單元將表現(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)備推出面板級別可提高整體系統(tǒng)性能，因為每個面板的特性會隨著系統(tǒng)的使用壽命而變化。

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

圖1：每個光伏模塊的專用MPPT和DC-DC轉(zhuǎn)換器電子器件。

有三種直流轉(zhuǎn)換模式可以擴展傳統(tǒng)的降壓 - 升壓操作。根據(jù)MPPT IC確定的太陽能電池板輸出，選擇僅降壓，僅升壓或降壓 - 升壓交錯模式。當(dāng)太陽能發(fā)電率較高時，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使用擾動和觀察方法確定最大功率點，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，但可以對其他電池化學(xué)成分進(jìn)行重新編程。

對于接收低水平太陽能輸入的字符串中的面板，DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出最終會丟失。為了確保整個面板串的持續(xù)運行，設(shè)計應(yīng)在每個面板上包括二極管?？梢岳@過深色面板，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。

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

下一步是在SolarMagic SM3320-RF-EV/NOPB-ND評估套件中進(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能電池板接線盒。

圖3：具有RF鏈路的SolarMagic SM3320-RF-EV/NOPB-ND MPPT評估套件。

RF鏈路的主要預(yù)期用途是遠(yuǎn)程關(guān)閉系統(tǒng)中的各個太陽能電池板。在從初始安裝到維護(hù)或緊急情況的許多情況下，遠(yuǎn)程斷開各個面板的能力非常有用。盜竊檢測和威懾是另一個特征。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)控每個面板的性能（圖4）。從運營商的角度來看，這將提高預(yù)測和安排系統(tǒng)維護(hù)的能力。

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

SolarMagic SM3320-RF-EV/NOPB-ND中RF鏈路的性能不依賴于接線盒材料或定位。也不需要額外的天線。雖然評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)計使用直流電源線作為天線，以保持與遠(yuǎn)程收發(fā)器的強大RF鏈路。

在太陽能發(fā)電設(shè)備的模塊或面板級添加智能電子設(shè)備可增加日常使用中收集的潛在能量，以及系統(tǒng)的整個使用壽命。使用面板級電子設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，為我們在21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。