隨著不可再生能源(如煤炭、汽油等)的儲(chǔ)量不斷減少，對(duì)太陽(yáng)能或風(fēng)能等“清潔”能源的需求不斷增加。未來(lái)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(lái)太陽(yáng)能智能家居所需的硬件和軟件解決方案，通過(guò)最大功率點(diǎn)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(gè)光伏 (PV) 系統(tǒng)(從面板到電網(wǎng))方面的系統(tǒng)級(jí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，結(jié)合其行業(yè)領(lǐng)先的設(shè)計(jì)、工藝、封裝技術(shù)和太陽(yáng)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(hù)的投資回報(bào)率 (ROI)。TI 的太陽(yáng)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(guò)集成用于處理配電的電力、調(diào)節(jié)通信信號(hào)、提高太陽(yáng)能陣列的安全性以及幫助維持單個(gè)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(yáng)能 IC 解決方案(可再生能源級(jí))和參考設(shè)計(jì)，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(hào)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(chǔ)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(dòng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 驅(qū)動(dòng)器，具有 3A(更多并聯(lián) FET 以實(shí)現(xiàn)更高功率)峰值電流驅(qū)動(dòng)能力、雙集成電流檢測(cè)放大器和集成升壓二極管. SM72245可能對(duì)其他設(shè)計(jì)有用，因?yàn)樗且粋€(gè)可編程 MPPT 控制器，能夠控制四開(kāi)關(guān)升降壓轉(zhuǎn)換器的四個(gè)脈寬調(diào)制 (PWM) 柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。SM72245 _還具有一種稱(chēng)為面板模式 (PM) 的專(zhuān)有算法，當(dāng)輸入與輸出電壓比接近 1 時(shí)，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(diǎn)時(shí)，這提供了優(yōu)化功率優(yōu)化器效率的機(jī)會(huì)。

并網(wǎng)逆變器

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

TI 的C2000?實(shí)時(shí)控制 MCU 等高性能 MCU 提供了太陽(yáng)能逆變器中實(shí)時(shí)信號(hào)處理所需的高水平計(jì)算性能和編程靈活性。高度集成的數(shù)字信號(hào)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(duì)太陽(yáng)能不斷增長(zhǎng)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(chēng)為智能電表)要求正在迅速發(fā)展，以響應(yīng)市場(chǎng)力量和強(qiáng)制智能電網(wǎng)部署的政府法規(guī)。動(dòng)態(tài)定價(jià)、需求響應(yīng)、遠(yuǎn)程連接和斷開(kāi)、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(dòng)對(duì)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(xiàng)，例如 PLC、微波、無(wú)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(shí)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(jiǎn)版參考設(shè)計(jì)，了解如何為太陽(yáng)能電池陣列等工業(yè)設(shè)備添加通信。通過(guò)使用正交頻分復(fù)用 (OFDM) 物理層 (PHY) 技術(shù)，此設(shè)計(jì)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(jì)中的關(guān)鍵設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)之一是 MPU 的選擇，它應(yīng)該有足夠的外設(shè)來(lái)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(kāi)發(fā)人員能夠輕松添加多個(gè)連接選項(xiàng)，包括 <1 GHz (LPRF)、通用分組無(wú)線電服務(wù) (GPRS) 和多個(gè) PLC 標(biāo)準(zhǔn)。此外，ICSS-PRU(工業(yè)通信子系統(tǒng) - 可編程實(shí)時(shí)單元)引擎可以執(zhí)行非常低延遲的數(shù)據(jù)包處理以滿(mǎn)足 IEC62439 以太網(wǎng)冗余要求，同時(shí) IEC61850 變電站堆棧可以在 Sitara? 上運(yùn)行處理器內(nèi)核。它將為大多數(shù)IEC61850網(wǎng)關(guān)應(yīng)用帶來(lái)BOM和功耗優(yōu)化的SOC解決方案

太陽(yáng)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(dú)特的解決方案。而且，我們?cè)诘轮輧x器 (TI) 努力開(kāi)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(huì)對(duì)智能家居的未來(lái)產(chǎn)生影響。