高效微型太阳能逆变器测试方法

经济的快速发展导致了自然资源的快速枯竭，从而引发了人们对可再生性能源日益强烈的需求。因此太阳能、风能、水力和地热能等无污染、永不枯竭的能源将越来越受到人们的重视。在欧美国家，以太阳能为首的可再生能源已经得到了广泛的使用。与中国的情况不同(由政府和大公司出面集中建设太阳能发电站)，欧美国家大力地发展家用型太阳能供电系统，在建筑物屋顶上建立小型的发电设施。他们所使用的单块太阳能电池板的最大输出功率一般在100～200瓦左右。通过连接逆变器可将太阳能电池板所产生的直流电能转化为交流电能并将其并网输送到市电网络。这些电能既可供给自己家庭使用，也可以将多余的电量出售给电力公司。

微型逆变器具有体积小巧、可以灵活安装在房顶或墙壁上、转化效率高以及价格相对便宜等优势，非常适合家庭使用。国内很多公司已经开始了对微型逆变器的研发和生产，并形成了很大的出口规模。

太阳能电池板的输出不同于一般直流供电设备的输出，其输出I-V特性曲线与光照、温度等环境因素密切相关，工作点的电压电流值在曲线上随负载的变化而变化。为最大化太阳能电池板的输出功率，逆变器往往还需要具有峰值功率追踪功能，保证工作点始终处于I-V曲线上的最大功率点附近。对逆变器进行设计、开发与认证的关键是要在不同的环境条件下(即不同的I-V曲线上) 测试验证逆变器的输入输出特性。

测试的主要内容包括：开发和验证逆变器峰值功率跟踪电路(MPPT)算法的性能；

测量和验证逆变器的效率；

验证逆变器在极高、极低输入电压条件下产生的电网电平输出的稳定性；

性能认证测试: 确认不同环境条件下的输出性能；

性能加速寿命测试：仅用几周时间来推算工作数年后的结果；

针对相关标准的认证测试。

为达到这些测试目的，必须创造出一种可预期、可重复的太阳光照条件，并控制其环境温度，以得到固定的I-V输出曲线。自然界的光照和其他环境因素难于控制，因此直接使用太阳能电池板对逆变器的性能进行测试是不可行的。

为了能够精确仿真太阳能电池板在特定环境条件下的输出(特别是对于小功率逆变器，仿真精度的要求往往更高)，很多厂家推出了专用的太阳能方阵模拟器，用于模拟各种环境下太阳能电池板的输出特性，精确地复现出不同环境条件下的I-V输出特性曲线。I-V曲线的数据多来自于用户对太阳能电池板输出的实际测量结果。为了简化操作，目前国际上通用的曲线设置方式是：通过I-V曲线上的四个特征值，即Voc(开路电压值)、Isc(短路电流值)、Vmp(最大功率点电压值)、Imp(最大功率点电流值)来拟合得到完整的I-V曲线。所使用到的公式如下所示：

在上述公式的指导下，在太阳能方阵模拟器内部可以精确的建立一条I-V曲线，用来仿真某一特定环境条件下太阳能电池板的输出，如图1所示。无论负载如何改变，太阳能方阵模拟器的工作点将始终位于这条曲线之上。