隨著不可再生能源(如煤炭、汽油等)的儲量不斷減少，對太陽能或風(fēng)能等“清潔”能源的需求不斷增加。未來在于將這些可再生能源有效地轉(zhuǎn)化為電能。在這篇文章中，我將介紹未來太陽能智能家居所需的硬件和軟件解決方案，通過最大功率點跟蹤 (MPPT) 算法從面板中提取最大功率。

利用德州儀器 (TI) 在了解整個光伏 (PV) 系統(tǒng)(從面板到電網(wǎng))方面的系統(tǒng)級專業(yè)知識，結(jié)合其行業(yè)領(lǐng)先的設(shè)計、工藝、封裝技術(shù)和太陽能 IC 解決方案，可提高基于可再生能源的系統(tǒng)的 IQ 并幫助最大化最終用戶的投資回報率 (ROI)。TI 的太陽能 IC 產(chǎn)品組合包括有助于降低光伏陣列成本的解決方案，這些解決方案通過集成用于處理配電的電力、調(diào)節(jié)通信信號、提高太陽能陣列的安全性以及幫助維持單個面板的最大功率的電子設(shè)備。

適用于各種光伏組件的太陽能 IC 解決方案(可再生能源級)和參考設(shè)計，包括DC/DC 功率優(yōu)化器、DC/AC 微型逆變器和逆變器、基于 MPPT 的電池充電控制器、光伏安全解決方案以及數(shù)字信號處理器 (DSP) 和 ARM基于微控制器 (MCU) 提供系統(tǒng)控制并支持智能互聯(lián)家庭所需的通信技術(shù)。

圖 1：具有可再生能源存儲的智能互聯(lián)家庭

圖 2：DC/DC MPPT 充電器的框圖

MPPT 充電器和優(yōu)化器，如SM72442 / SM72245 MPPT 數(shù)字控制器和SM72295 PV 全橋驅(qū)動器，旨在控制 PV 應(yīng)用中使用的高效 DC/DC 轉(zhuǎn)換并提供高集成度。SM72295 是一款全橋金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 驅(qū)動器，具有 3A(更多并聯(lián) FET 以實現(xiàn)更高功率)峰值電流驅(qū)動能力、雙集成電流檢測放大器和集成升壓二極管. SM72245可能對其他設(shè)計有用，因為它是一個可編程 MPPT 控制器，能夠控制四開關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器的四個脈寬調(diào)制 (PWM) 柵極驅(qū)動信號。SM72245 _還具有一種稱為面板模式 (PM) 的專有算法，當(dāng)輸入與輸出電壓比接近 1 時，該算法允許面板直接連接到功率優(yōu)化器電路的輸出端。當(dāng)負(fù)載自然匹配面板的最大功率點時，這提供了優(yōu)化功率優(yōu)化器效率的機(jī)會。

并網(wǎng)逆變器

并網(wǎng)太陽能解決方案有助于滿足智能電網(wǎng)的技術(shù)需求。它們支持無功功率處理、功率級控制、相位/頻率鎖定和 MPPT 等必要功能。所有這些結(jié)合起來，創(chuàng)造出更強(qiáng)大、更高效的并網(wǎng)太陽能收集系統(tǒng)。

TI 的C2000?實時控制 MCU 等高性能 MCU 提供了太陽能逆變器中實時信號處理所需的高水平計算性能和編程靈活性。高度集成的數(shù)字信號控制器可幫助逆變器制造商創(chuàng)造更高效、更具成本效益和更可靠的產(chǎn)品，以支持對太陽能不斷增長的需求。

圖 3：并網(wǎng)逆變器

圖 4：并網(wǎng)微型逆變器的 DC/DC 部分

圖 5：并網(wǎng)微型逆變器的 DC/AC 部分

拉在一起

世界各地的智能電表(也稱為智能電表)要求正在迅速發(fā)展，以響應(yīng)市場力量和強(qiáng)制智能電網(wǎng)部署的政府法規(guī)。動態(tài)定價、需求響應(yīng)、遠(yuǎn)程連接和斷開、中斷管理、網(wǎng)絡(luò)安全和減少非技術(shù)損失等智能電網(wǎng)應(yīng)用正在推動對當(dāng)今智能電表解決方案技術(shù)復(fù)雜性的需求。

可以選擇多種通信選項，例如 PLC、微波、無線、光纖、以太網(wǎng)或衛(wèi)星。應(yīng)用包括IEC61850網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、串行服務(wù)器、銅光纖轉(zhuǎn)換器、GPS時間主機(jī)、數(shù)據(jù)集中器、GSM/GPRS調(diào)制解調(diào)器等

查看適用于工業(yè)應(yīng)用的電力線通信 (PLC) 精簡版參考設(shè)計，了解如何為太陽能電池陣列等工業(yè)設(shè)備添加通信。通過使用正交頻分復(fù)用 (OFDM) 物理層 (PHY) 技術(shù)，此設(shè)計提供了比早期形式的 PLC 更高的數(shù)據(jù)吞吐量和跨噪聲電線傳輸?shù)母唪敯粜浴?

圖 6：CENELEC-BAND PLC 調(diào)制解調(diào)器

智能電網(wǎng)設(shè)計中的關(guān)鍵設(shè)計挑戰(zhàn)之一是 MPU 的選擇，它應(yīng)該有足夠的外設(shè)來處理不同的通信接口，以及先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)堆棧處理能力。TI Sitara ? 處理器系列使開發(fā)人員能夠輕松添加多個連接選項，包括 <1 GHz (LPRF)、通用分組無線電服務(wù) (GPRS) 和多個 PLC 標(biāo)準(zhǔn)。此外，ICSS-PRU(工業(yè)通信子系統(tǒng) - 可編程實時單元)引擎可以執(zhí)行非常低延遲的數(shù)據(jù)包處理以滿足 IEC62439 以太網(wǎng)冗余要求，同時 IEC61850 變電站堆?？梢栽?Sitara? 上運行處理器內(nèi)核。它將為大多數(shù)IEC61850網(wǎng)關(guān)應(yīng)用帶來BOM和功耗優(yōu)化的SOC解決方案

太陽能收集需要高效的電力解決方案、可靠的電網(wǎng)互連以及高數(shù)據(jù)量和低延遲通信。需要多樣化的產(chǎn)品組合，為功率密度、智能、高壓和集成系統(tǒng)提供獨特的解決方案。而且，我們在德州儀器 (TI) 努力開拓和推進(jìn)電路、封裝和設(shè)備技術(shù)的前沿創(chuàng)新，我們有機(jī)會對智能家居的未來產(chǎn)生影響。