在太阳能电池板用采用远程监控和控制建立连接性

任何并网光伏系统的系统平衡成本都非常高。鉴于10千瓦系统的逆变器成本高达数千美元 - 对于房主或任何进行太阳能电池板安装的人来说，前期成本很高 - 传统的系统设计，使用单个大型DC-AC逆变器，可能会导致重新考虑系统的大小和要求。

另一种方法是通过在每个面板上添加微型逆变器来分配逆变器电子设备。 （参见之前的TechZone文章“简化拓扑是太阳能光伏微逆变器设计可靠性的关键”和“微型逆变器提高效率”）。这种方法的优点之一是系统可以以完全模块化的方式增长，因为每个面板都提供AC输出。这使得小型太阳能装置能够以较低的初始投资启动并运行，同时仍允许未来扩展。

微逆变器支持者经常提到的第二个优势是，当整个装置的输入太阳能在面板之间变化很大时，能够优化系统的整体输出。微逆变器中的最大功率点跟踪（MPPT）电子器件通过最大化每个单独太阳能电池板上存在的条件的提取功率来提高收获的能量的效率。

由于即使是相对较小的系统中的所有面板都不会在运行期间始终获得相同数量的光能，因此单独优化功率输出的能力是创建高效能量收集能力的基本要素。考虑到太阳升起的情况。屋顶的一部分将受到阳光直射，而其他部分则保持阴影。

除了在24小时周期内提高性能外，为每个面板添加智能将在系统的整个生命周期中产生效益。投资回报期为10年或更长时间，任何太阳能发电装置预计运行至少20年。尽管不同的光伏材料和太阳能电池板类型表现出广泛的劣化特性，但是给出了随时间的输出变化。此外，模块中的每个单元将表现不同，因此面板到面板的差异可能非常明显。将充电控制电子设备推出面板级别可提高整体系统性能，因为每个面板的特性会随着系统的使用寿命而变化。

面板输出可以通过使用MPPT电子元件进行优化，该电子元件耦合到专用于系统中每个面板的DC-DC转换器。一个很好的例子是德州仪器（以前的国家半导体）SolarMagic SM3320芯片组。 SolarMagic设计包括SM72442MT-ND MPPT IC和DC-DC转换器（图1）。此外，还提供零件号为SM3320-BATT-EV/NOPB-ND的完整评估套件。该设计采用SolarMagic DC-DC转换器，采用降压 - 升压拓扑结构和面板模式开关取代传统电路。 TI的设计允许四种操作模式来提高能量收集性能。

图1：每个光伏模块的专用MPPT和DC-DC转换器电子器件。

有三种直流转换模式可以扩展传统的降压 - 升压操作。根据MPPT IC确定的太阳能电池板输出，选择仅降压，仅升压或降压 - 升压交错模式。当太阳能发电率较高时，SolarMagic MPPT将切换到面板模式操作。如果转换器输出在输入的2％范围内，则DC-DC转换电子器件由面板模式MOSFET开关旁路。虽然功率跟踪模式下的典型效率为98.5％，但在面板模式下绕过转换器可以从系统中获得更多的能量，并具有99.5％的面板模式效率。

SM72442MT-ND MPPT IC使用扰动和观察方法确定最大功率点，而MPPT算法保持从功率中提取的功率恒定，而不管电池电压如何。一旦确定了最大功率，Perturb和observe就可以在最大功率点跟踪能力和纹波电压之间做出很好的折衷。系统默认为适用于铅酸电池的电压和电流，但可以对其他电池化学成分进行重新编程。

对于接收低水平太阳能输入的字符串中的面板，DC-DC转换器输出最终会丢失。为了确保整个面板串的持续运行，设计应在每个面板上包括二极管。可以绕过深色面板，而其余的字符串继续输出电力（图2）。

图2：旁路二极管可防止暗模块影响串联输出。

用于控制每个站点的DC-DC转换的电源点跟踪显然提供了一种优化整个PV安装的方法，因为每个面板的特定位置具有不同的条件。然而，包括对每个面板的接线盒的电子控制允许不仅仅是特定于站点的反馈和控制电路。它可以允许远程访问和监视系统中的每个面板。

下一步是在SolarMagic SM3320-RF-EV/NOPB-ND评估套件中进行的（图3）。该系统包括MPPT和DC-DC转换器电子设备，并添加无线链路。 SM3320-RF-EV/NOPB-ND采用Nordic nRF24LE1芯片，该芯片在单片硅片上集成了2.4 GHz无线电和8051微控制器。即使添加了射频电子设备，套件配置文件仍适用于太阳能电池板接线盒。

图3：具有RF链路的SolarMagic SM3320-RF-EV/NOPB-ND MPPT评估套件。

RF链路的主要预期用途是远程关闭系统中的各个太阳能电池板。在从初始安装到维护或紧急情况的许多情况下，远程断开各个面板的能力非常有用。盗窃检测和威慑是另一个特征。虽然链路的主要应用是这种远程关闭功能，但RF链路可用于监控每个面板的性能（图4）。从运营商的角度来看，这将提高预测和安排系统维护的能力。

图4：带有智能面板和远程监控的太阳能收集系统。

SolarMagic SM3320-RF-EV/NOPB-ND中RF链路的性能不依赖于接线盒材料或定位。也不需要额外的天线。虽然评估套件旨在安装并完全封闭在接线盒外壳内，但天线是外部的。 SM3320-RF-EV/NOPB-ND设计使用直流电源线作为天线，以保持与远程收发器的强大RF链路。

在太阳能发电设备的模块或面板级添加智能电子设备可增加日常使用中收集的潜在能量，以及系统的整个使用寿命。使用面板级电子设备进行远程监控和控制，为我们在21世纪生活的其他方面已经习惯的光伏系统增加了一定程度的连接性。