高效微型太陽(yáng)能逆變器測試方法

經(jīng)濟的快速發(fā)展導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烈的需求。因此太陽(yáng)能、風(fēng)能、水力和地熱能等無(wú)污染、永不枯竭的能源將越來(lái)越受到人們的重視。在歐美國家，以太陽(yáng)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太陽(yáng)能發(fā)電站)，歐美國家大力地發(fā)展家用型太陽(yáng)能供電系統，在建筑物屋頂上建立小型的發(fā)電設施。他們所使用的單塊太陽(yáng)能電池板的最大輸出功率一般在100～200瓦左右。通過(guò)連接逆變器可將太陽(yáng)能電池板所產(chǎn)生的直流電能轉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、轉化效率高以及價(jià)格相對便宜等優(yōu)勢，非常適合家庭使用。國內很多公司已經(jīng)開(kāi)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模。

太陽(yáng)能電池板的輸出不同于一般直流供電設備的輸出，其輸出I-V特性曲線(xiàn)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(xiàn)上隨負載的變化而變化。為最大化太陽(yáng)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(xiàn)上的最大功率點(diǎn)附近。對逆變器進(jìn)行設計、開(kāi)發(fā)與認證的關(guān)鍵是要在不同的環(huán)境條件下(即不同的I-V曲線(xiàn)上) 測試驗證逆變器的輸入輸出特性。

測試的主要內容包括：開(kāi)發(fā)和驗證逆變器峰值功率跟蹤電路(MPPT)算法的性能；

測量和驗證逆變器的效率；

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

性能認證測試: 確認不同環(huán)境條件下的輸出性能；

性能加速壽命測試：僅用幾周時(shí)間來(lái)推算工作數年后的結果；

針對相關(guān)標準的認證測試。

為達到這些測試目的，必須創(chuàng )造出一種可預期、可重復的太陽(yáng)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(xiàn)。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(yáng)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(yáng)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(chǎng)家推出了專(zhuān)用的太陽(yáng)能方陣模擬器，用于模擬各種環(huán)境下太陽(yáng)能電池板的輸出特性，精確地復現出不同環(huán)境條件下的I-V輸出特性曲線(xiàn)。I-V曲線(xiàn)的數據多來(lái)自于用戶(hù)對太陽(yáng)能電池板輸出的實(shí)際測量結果。為了簡(jiǎn)化操作，目前國際上通用的曲線(xiàn)設置方式是：通過(guò)I-V曲線(xiàn)上的四個(gè)特征值，即Voc(開(kāi)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(lái)擬合得到完整的I-V曲線(xiàn)。所使用到的公式如下所示：

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