SPV1020在光伏功率優化器中的應用

肖新元

摘 要 介紹了光伏系統中一種新型的前端設備光伏功率優化器，重點論敘了光伏功率優化器能夠提升光伏發電效率的原理，以及芯片SPV1020在光伏功率優化器的應用。

關鍵詞 光伏；SPV1020；功率優化器

中圖分類號：TM464 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0023-01

太陽能是一種可再生資源，但是其能量密度低，因地區不同而有差異、因時間不同而有變化的特點是開發利用太陽能的面臨的一個主要問題，因此提高太陽能單位面積利用效率是一個重要的研究課題。近年來，由于制造能力的提升、電力電子技術的進步等因素降低了光伏發電的成本，這促進了大規模的光伏并網發電的快速發展。光伏組件是光伏發電的基本組成部分，到目前為止，在光伏組件中處理熱斑效應是簡單的利用二極管旁路，雖然此方法能夠處理被遮擋的光伏組件當作負載消耗其他電池組件所產生的能量，但是也大大降低了所在光伏串列的輸出功率，因此需要對光伏串列中光伏電池組件配備一種能夠優化輸出功率的設備，也就是光伏功率優化器。

1 功率優化器介紹

光伏功率優化器是光伏電站的前端設備，直接和光伏組件電氣連接。實質是一種含有微控制器的直流轉換器，具有自供電功能，內部進行獨立的MPPT算法運算，能夠提高光伏組件的輸出功率，解決光伏組件之間的匹配問題，提高整個光伏串列的輸出功率，對改善光伏電站的發電效率具有積極的作用。

2 功率優化器提升光伏系統效率原因

根據實際應用情況，選取一組由10塊230 Wp多晶硅組件的光伏串列作為研究對象。230 Wp多晶硅組件有72片3.2 W的電池片串聯而成，光伏組件的開路電壓42.5 V，短路電流7.2 A，最佳工作電壓36V，最佳工作電流6.4 A，所以整個光伏串列的最佳工作電壓時360 V，工作電流6.4 A。當整個光伏串列未受遮擋時候，輸出功率為2.3 kWp，見圖1。假設光伏串列中的光伏組件1受到部分遮擋時，使用旁路二極管的光伏組件輸出為25 Wp（忽略光伏組件自身存在的差異性），而整個光伏串列只能輸出1.6 kWp，整個系統損失31.2%，見圖2；而使用光伏功率優化器的光伏串列由于光伏功率優化器能夠單獨對每塊光伏組件進行最大功率跟蹤，受遮擋的光伏組件輸出75 Wp，而整個光伏串列能輸出2.05 kWp，整個系統損失10.8%，見圖3。

圖1 圖2 圖3

3 功率優化器發展概況

意法半導體公司和德州儀器分別推出了SPV1020、SM3220 Solar Magic可以利用在光伏功率優化器中的集成芯片。 SOLAREDGE、TIGOENERGY公司已經量產應用于光伏組件的具有功率優化功能的接線盒。

4 芯片SPV1020介紹

SPV1020是意法半導體公司的一款內置MPPT算法PWM模式DC/DC升壓轉換器芯片，能最大化輸出光伏組件所產生的能量而不受溫度和太陽輻射的影響。工作電壓0 V-36 V，具有過壓，過流和超溫保護，內置了軟起動功能，效率高達98%。在固定頻率為100 kHz PWM模式工作，PWM波占空比可調，調整步長為0.2%，范圍為5%到90%。

在光伏接線盒中，可以利用一片或多片SPV1020代替旁路二極管。由于SPV1020可以找到光伏組件的最佳功率點，光伏系統的效率比利用中央光伏逆變器進行最大功率跟蹤的系統效率要高。

4.1 應用信息

為了提供有效成本的應用方案和減小體積的原因，SPV1020芯片內部含有四個相同的DC-DC升壓電路，如圖4。4個DC-DC電路并聯，驅動波形占空比、頻率相同但是相互之間有TSW/4移位。為了進一步提高轉換效率，DC-DC電路中的二極管使用了導通壓降低的開關器件代替，驅動信號為SW的互補波形。

圖4

4.2 典型應用電路及特點

典型的應用電路如圖5。

圖5

芯片的性能受封裝PowerSSO-36影響，芯片的最大輸出功率隨著溫度上升1℃降低10 W，所以為了提高效率需要在芯片的正下方的電路板上布滿過孔，并在另一面裝上散熱器。

5 應用前景

目前，在光伏系統中，光伏組件是獨立運行，其發電能力是不清楚的，如果人工檢測光伏組件的運行狀態既不方便也需要耗費大量的人力，而使用光伏功率優化器能夠提升光伏系統的發電效率。然而，現在光伏功率優化器并沒有大量的應用，一方面在于光伏行業推廣時以“千瓦”為單位而不是以“千瓦時”，另一方面需要額外的投入給本身需要國家政策支持的光伏發電行業帶來了阻力。隨著電子技術的進步和光伏發電技術的發展，光伏功率優化器肯定會大量的應用，另外制定光伏功率優化器相應的行業標準也勢在必行。

參考文獻

[1]陳堅.電力電子學-電力電子變換和控制技術[M].高等教育出版社，2004.

[2]李鐘實.太陽能光伏發電系統設計施工與維護[M].人民郵電出版社，2010.

[3]李金剛，王斌，孟昭淵，李果華.智能光伏組件的研究與實踐[J].能源工程，2008（1）.

[4]Ayyanar R Mohan N.A novel full-bridge dc-dc converter for battery charging using secondary-side control combines soft-switching over the full load range and low magnetics requirement[C].in Pro.IEEE Appl.Power Electrora Conf.2000：340-346.endprint

摘 要 介紹了光伏系統中一種新型的前端設備光伏功率優化器，重點論敘了光伏功率優化器能夠提升光伏發電效率的原理，以及芯片SPV1020在光伏功率優化器的應用。

關鍵詞 光伏；SPV1020；功率優化器

中圖分類號：TM464 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0023-01

太陽能是一種可再生資源，但是其能量密度低，因地區不同而有差異、因時間不同而有變化的特點是開發利用太陽能的面臨的一個主要問題，因此提高太陽能單位面積利用效率是一個重要的研究課題。近年來，由于制造能力的提升、電力電子技術的進步等因素降低了光伏發電的成本，這促進了大規模的光伏并網發電的快速發展。光伏組件是光伏發電的基本組成部分，到目前為止，在光伏組件中處理熱斑效應是簡單的利用二極管旁路，雖然此方法能夠處理被遮擋的光伏組件當作負載消耗其他電池組件所產生的能量，但是也大大降低了所在光伏串列的輸出功率，因此需要對光伏串列中光伏電池組件配備一種能夠優化輸出功率的設備，也就是光伏功率優化器。

1 功率優化器介紹

光伏功率優化器是光伏電站的前端設備，直接和光伏組件電氣連接。實質是一種含有微控制器的直流轉換器，具有自供電功能，內部進行獨立的MPPT算法運算，能夠提高光伏組件的輸出功率，解決光伏組件之間的匹配問題，提高整個光伏串列的輸出功率，對改善光伏電站的發電效率具有積極的作用。

2 功率優化器提升光伏系統效率原因

根據實際應用情況，選取一組由10塊230 Wp多晶硅組件的光伏串列作為研究對象。230 Wp多晶硅組件有72片3.2 W的電池片串聯而成，光伏組件的開路電壓42.5 V，短路電流7.2 A，最佳工作電壓36V，最佳工作電流6.4 A，所以整個光伏串列的最佳工作電壓時360 V，工作電流6.4 A。當整個光伏串列未受遮擋時候，輸出功率為2.3 kWp，見圖1。假設光伏串列中的光伏組件1受到部分遮擋時，使用旁路二極管的光伏組件輸出為25 Wp（忽略光伏組件自身存在的差異性），而整個光伏串列只能輸出1.6 kWp，整個系統損失31.2%，見圖2；而使用光伏功率優化器的光伏串列由于光伏功率優化器能夠單獨對每塊光伏組件進行最大功率跟蹤，受遮擋的光伏組件輸出75 Wp，而整個光伏串列能輸出2.05 kWp，整個系統損失10.8%，見圖3。

圖1 圖2 圖3

3 功率優化器發展概況

意法半導體公司和德州儀器分別推出了SPV1020、SM3220 Solar Magic可以利用在光伏功率優化器中的集成芯片。 SOLAREDGE、TIGOENERGY公司已經量產應用于光伏組件的具有功率優化功能的接線盒。

4 芯片SPV1020介紹

SPV1020是意法半導體公司的一款內置MPPT算法PWM模式DC/DC升壓轉換器芯片，能最大化輸出光伏組件所產生的能量而不受溫度和太陽輻射的影響。工作電壓0 V-36 V，具有過壓，過流和超溫保護，內置了軟起動功能，效率高達98%。在固定頻率為100 kHz PWM模式工作，PWM波占空比可調，調整步長為0.2%，范圍為5%到90%。

在光伏接線盒中，可以利用一片或多片SPV1020代替旁路二極管。由于SPV1020可以找到光伏組件的最佳功率點，光伏系統的效率比利用中央光伏逆變器進行最大功率跟蹤的系統效率要高。

4.1 應用信息

為了提供有效成本的應用方案和減小體積的原因，SPV1020芯片內部含有四個相同的DC-DC升壓電路，如圖4。4個DC-DC電路并聯，驅動波形占空比、頻率相同但是相互之間有TSW/4移位。為了進一步提高轉換效率，DC-DC電路中的二極管使用了導通壓降低的開關器件代替，驅動信號為SW的互補波形。

圖4

4.2 典型應用電路及特點

典型的應用電路如圖5。

圖5

芯片的性能受封裝PowerSSO-36影響，芯片的最大輸出功率隨著溫度上升1℃降低10 W，所以為了提高效率需要在芯片的正下方的電路板上布滿過孔，并在另一面裝上散熱器。

5 應用前景

目前，在光伏系統中，光伏組件是獨立運行，其發電能力是不清楚的，如果人工檢測光伏組件的運行狀態既不方便也需要耗費大量的人力，而使用光伏功率優化器能夠提升光伏系統的發電效率。然而，現在光伏功率優化器并沒有大量的應用，一方面在于光伏行業推廣時以“千瓦”為單位而不是以“千瓦時”，另一方面需要額外的投入給本身需要國家政策支持的光伏發電行業帶來了阻力。隨著電子技術的進步和光伏發電技術的發展，光伏功率優化器肯定會大量的應用，另外制定光伏功率優化器相應的行業標準也勢在必行。

參考文獻

[1]陳堅.電力電子學-電力電子變換和控制技術[M].高等教育出版社，2004.

[2]李鐘實.太陽能光伏發電系統設計施工與維護[M].人民郵電出版社，2010.

[3]李金剛，王斌，孟昭淵，李果華.智能光伏組件的研究與實踐[J].能源工程，2008（1）.

[4]Ayyanar R Mohan N.A novel full-bridge dc-dc converter for battery charging using secondary-side control combines soft-switching over the full load range and low magnetics requirement[C].in Pro.IEEE Appl.Power Electrora Conf.2000：340-346.endprint

摘 要 介紹了光伏系統中一種新型的前端設備光伏功率優化器，重點論敘了光伏功率優化器能夠提升光伏發電效率的原理，以及芯片SPV1020在光伏功率優化器的應用。

關鍵詞 光伏；SPV1020；功率優化器

中圖分類號：TM464 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0023-01

太陽能是一種可再生資源，但是其能量密度低，因地區不同而有差異、因時間不同而有變化的特點是開發利用太陽能的面臨的一個主要問題，因此提高太陽能單位面積利用效率是一個重要的研究課題。近年來，由于制造能力的提升、電力電子技術的進步等因素降低了光伏發電的成本，這促進了大規模的光伏并網發電的快速發展。光伏組件是光伏發電的基本組成部分，到目前為止，在光伏組件中處理熱斑效應是簡單的利用二極管旁路，雖然此方法能夠處理被遮擋的光伏組件當作負載消耗其他電池組件所產生的能量，但是也大大降低了所在光伏串列的輸出功率，因此需要對光伏串列中光伏電池組件配備一種能夠優化輸出功率的設備，也就是光伏功率優化器。

1 功率優化器介紹

光伏功率優化器是光伏電站的前端設備，直接和光伏組件電氣連接。實質是一種含有微控制器的直流轉換器，具有自供電功能，內部進行獨立的MPPT算法運算，能夠提高光伏組件的輸出功率，解決光伏組件之間的匹配問題，提高整個光伏串列的輸出功率，對改善光伏電站的發電效率具有積極的作用。

2 功率優化器提升光伏系統效率原因

根據實際應用情況，選取一組由10塊230 Wp多晶硅組件的光伏串列作為研究對象。230 Wp多晶硅組件有72片3.2 W的電池片串聯而成，光伏組件的開路電壓42.5 V，短路電流7.2 A，最佳工作電壓36V，最佳工作電流6.4 A，所以整個光伏串列的最佳工作電壓時360 V，工作電流6.4 A。當整個光伏串列未受遮擋時候，輸出功率為2.3 kWp，見圖1。假設光伏串列中的光伏組件1受到部分遮擋時，使用旁路二極管的光伏組件輸出為25 Wp（忽略光伏組件自身存在的差異性），而整個光伏串列只能輸出1.6 kWp，整個系統損失31.2%，見圖2；而使用光伏功率優化器的光伏串列由于光伏功率優化器能夠單獨對每塊光伏組件進行最大功率跟蹤，受遮擋的光伏組件輸出75 Wp，而整個光伏串列能輸出2.05 kWp，整個系統損失10.8%，見圖3。

圖1 圖2 圖3

3 功率優化器發展概況

意法半導體公司和德州儀器分別推出了SPV1020、SM3220 Solar Magic可以利用在光伏功率優化器中的集成芯片。 SOLAREDGE、TIGOENERGY公司已經量產應用于光伏組件的具有功率優化功能的接線盒。

4 芯片SPV1020介紹

SPV1020是意法半導體公司的一款內置MPPT算法PWM模式DC/DC升壓轉換器芯片，能最大化輸出光伏組件所產生的能量而不受溫度和太陽輻射的影響。工作電壓0 V-36 V，具有過壓，過流和超溫保護，內置了軟起動功能，效率高達98%。在固定頻率為100 kHz PWM模式工作，PWM波占空比可調，調整步長為0.2%，范圍為5%到90%。

在光伏接線盒中，可以利用一片或多片SPV1020代替旁路二極管。由于SPV1020可以找到光伏組件的最佳功率點，光伏系統的效率比利用中央光伏逆變器進行最大功率跟蹤的系統效率要高。

4.1 應用信息

為了提供有效成本的應用方案和減小體積的原因，SPV1020芯片內部含有四個相同的DC-DC升壓電路，如圖4。4個DC-DC電路并聯，驅動波形占空比、頻率相同但是相互之間有TSW/4移位。為了進一步提高轉換效率，DC-DC電路中的二極管使用了導通壓降低的開關器件代替，驅動信號為SW的互補波形。

圖4

4.2 典型應用電路及特點

典型的應用電路如圖5。

圖5

芯片的性能受封裝PowerSSO-36影響，芯片的最大輸出功率隨著溫度上升1℃降低10 W，所以為了提高效率需要在芯片的正下方的電路板上布滿過孔，并在另一面裝上散熱器。

5 應用前景

目前，在光伏系統中，光伏組件是獨立運行，其發電能力是不清楚的，如果人工檢測光伏組件的運行狀態既不方便也需要耗費大量的人力，而使用光伏功率優化器能夠提升光伏系統的發電效率。然而，現在光伏功率優化器并沒有大量的應用，一方面在于光伏行業推廣時以“千瓦”為單位而不是以“千瓦時”，另一方面需要額外的投入給本身需要國家政策支持的光伏發電行業帶來了阻力。隨著電子技術的進步和光伏發電技術的發展，光伏功率優化器肯定會大量的應用，另外制定光伏功率優化器相應的行業標準也勢在必行。

參考文獻

[1]陳堅.電力電子學-電力電子變換和控制技術[M].高等教育出版社，2004.

[2]李鐘實.太陽能光伏發電系統設計施工與維護[M].人民郵電出版社，2010.

[3]李金剛，王斌，孟昭淵，李果華.智能光伏組件的研究與實踐[J].能源工程，2008（1）.

[4]Ayyanar R Mohan N.A novel full-bridge dc-dc converter for battery charging using secondary-side control combines soft-switching over the full load range and low magnetics requirement[C].in Pro.IEEE Appl.Power Electrora Conf.2000：340-346.endprint