太阳能逆变器的作用是将随太阳能辐射及光照改变的DC电压转化成为电网兼容的AC输出；而关于广阔电子工程师而言，太阳能逆变器是一个值得高度重视的技能领域。因而下文将介绍太阳能逆变器规划所需注意的技能要害、应战以及相应的解决办法。
根本规划标准
根据太阳能逆变器的专用性以及坚持规划的高功率，它需求继续监督太阳能电池板阵列的电压和电流，然后了解太阳能电池板阵列的瞬时输出功率。它还需求一个电流操控的反应环，用于保证太阳能电池板阵列作业在最大输出功率点，以敷衍多变的高输入。现在，太阳能逆变器已有多种拓扑结构，最常见的是用于单相的半桥、全桥和Heric(Sunways专利)逆变器，以及用于三相的六脉冲桥和中点钳位（NPC）逆变器；图1所示是这些逆变器的拓扑图(Microsemi图源)。一起，规划还需遵照安全标准，并在电网产生毛病的时分能够快速断开与电网的衔接。因而，太阳能逆变器的根本规划标准包含额外电压、容量、功率、电池能效、输出AC电源质量、最大功率点盯梢（MPPT）效能、通讯特性和安全性。
图1a：半桥逆变。图1b：全桥逆变器
图1c：Heric逆变器
图1d：三相桥逆变器。图1e：NPC三级逆变器
额外电压：太阳能逆变器的首要功用是把来自光伏面板（有时是经过稳压的DC电压）的可变DC电压转化为AC电压以驱动负载或给电网供电。最常用的单相和三相AC电压分别为120V/220V以及208V/380V；而对工业运用来说，480V也很常见。对选定的逆变器拓扑来说，输出AC电压的规模将决议DC母线电压以及每个半导体开关的额外电压。
容量：它是太阳能逆变器额外功率的另一个说法。该数值在200W（面板集成模块）到数百千瓦之间。容量越大，逆变器的体积越大、价格越高。太阳能逆变器的本钱以美元/瓦来衡量。就一个适可而止的规划而言，确认容量时，有必要把浪涌、过载以及接连作业形式等状况考虑在内。
功率：每个太阳能逆变器都有其对功率（输出功率/输入功率）的要求，例如，一个数千瓦体系的典型功率可达95%。根据太阳能阵列的能量转化功率相对低（约在15%左右）的现实，所以，就以最小的太阳能面板取得最多的输出功率来说，高效逆变器具有非常重要的意义。
电池才能：在逆变器的DC侧加装电池组起着能量缓存器的作用，它能平抑DC电压或许的动摇并把负载还未运用的能量存储起来。电池才能的一个长处是当天亮时仍可继续供给能量。任何加装了电池的太阳能逆变器都需求电池操控器，虽然在衔接电网的状况一般用不到。
输出功率质量：源于逆变器内涵的开关形式特性，其AC输出波形并非抱负的正弦波，且一般还包含由脉宽调制（PWM）引进的宽规模高频谐波。对许多电子负载来说，这些谐波有害无益；当并网时，这些谐波成为污染源。虽然有这些谐波，太阳能逆变器仍然能够对负载较差的功率因数进行补偿，并弱化比如电压骤降和动摇等电源质量问题。一款规划精巧的太阳能逆变器应输出近似正弦波并削减引进到电网内不期望的低频成分。
MPPT效能：太阳能面板的输出将遵从电流-电压曲线图中不同光照条件下的一系列特性曲线，因而，为取得最大功率输出，需对电压进行动态调理。最大功率点盯梢办法相似获取内燃机最佳功率曲线的作法，其间，扭矩和速度对应电流和电压。曩昔10年间，开宣布若干算法，其间最盛行的是经过扰动电压和调查输出的办法。
通讯特性：对一个数千瓦的太阳能逆变器来说，构建一个用于监控和数据存储的通讯衔接很有必要。归功于当今这样一个数字年代，作为一种通用操控器的微处理器(MCU)很适合该功用。
安全性：有两个意义：1.当并网时，需仔细调查波形并在掉电时，当即堵截衔接；反孤岛维护对此很要害。2.维护和修理时，作业人员应没安全危险。
并网逆变器需求在不下降功率等级的前提下，严密匹配电网的相位和频率。在并网时，逆变器能够把负载用不了的电能回送至电网且无须凭借体积巨大、本钱昂扬的能量存储器材。根据安全考虑，并网的逆变器将在掉电时主动堵截且一般没有用于存储能量的电池组。一起，离网太阳能逆变器作业在独立形式，无需与外部AC电网同步。所以，它不需求任何反孤岛维护措施。
别的，关于逆变器的并网规划和离网规划，两者间的差异还在于输出级。但是，在并网衔接体系中，大多数状况下，DC/AC级由600V的功率MOSFET和/或IGBT所构建，离网体系则运用为电池级馈送的低压输出，首要的运用包含太阳能街灯照明或运用48V电压轨输出的太阳能辅佐电信体系。在48V体系中，则一般挑选100V的功率MOSFET来构建全桥逆变器。下文也将会对太阳能逆变器中的MOSFET和IGBT的运用进行详细介绍。
体系功率或许成为了太阳能逆变器最重要的规划考虑要素，是不同竞赛厂商之间好坏的区别要素。一台20kWp安装设备每天均匀输出电能为190kWh，若其功率从95%提高到96%，假如强制入网电价 (feed-in tariff)按0.40美元/ kWh，并以10年寿数周期来核算，其所节约约为逆变器本身本钱的一半，因而功率的重要性显而易见。
一旦输出功率确认了，则最高转化功率和最低功率器材损耗讲的便是一回事。考虑到光伏面板把太阳能转化为电能的功率很低（一般只要15%），则能量逆变器的功率在减小太阳能面板面积和整个体系的体积方面就很有意义。除此原因外，器材的功率损耗将在硅裸片上产生热然后导致温升，因而，有必要有用散热。这些损耗导致的热过力是高牢靠规划有必要极力敷衍的且有必要要用到散热器。众所周知，散热器个头大、价格高；别的，其选用比如电扇等器材使散热器的牢靠性不高。换句话，尽或许小的功率损耗不只节约能量，还能够提高体系牢靠性，使体系更紧凑并下降了本钱。
由于现有逆变器的第一次毛病均匀时刻约是5年，因而太阳能逆变器成为形成光伏体系许多毛病的首要原因。为提高逆变器规划的牢靠性，需考虑如下要素并采纳相应措施，包含：低损耗功率器材和开关电路、更新的封装技能、对电解电容器的代替、过规划、器材的冗余以及对常见失效形式和原因等的深入分析。
Microsemi(美高森美)半导体的运用工程师司理钱昶指出，电和热方面的过载是导致失效的两个原因，挑选能效更高的器材和电路会下降逆变器本身的功耗并进而下降功率器材的结温且一起下降了热过力；过规划是使电和热应力远远低于器材所能接受水平的另一条途径；而冗余规划使器材替换作业，然后分摊下降了每一器材所受的压力。
过规划和冗余规划将明显添加本钱，而这是制作商所不期望的。因而，更可行、本钱更低的作法是研讨失效形式和成因然后将该信息回馈至产品进行从头规划。当然，这就需求对很多产品进行现场测验以便发现并验证毛病机制和形式。
此外，钱昶以为太阳能逆变器牢靠性规划的其它应战还应包含：具有低牢靠性的电解电容而且以合理价格找到不同品种高压、大容量电容器的技能难度；短少结构化办法进行产品规划和质量操控的不成熟制作工艺也将危害牢靠性；别的，作业在恶劣环境下(极低或极高温、湿润和曝晒)也为牢靠性规划带来应战。
飞兆半导体技能行销助理司理Eric Zhang也以为体系所需的母线电容确实成为影响牢靠性的最重要要素，因而规划一般会挑选电解电容器，由于它耐受日常温度改变循环，并可在高温下运作。规划人员还有必要了解即将并网发电之太阳能电池的额外输出功率，然后挑选适宜的拓扑(请参阅图1)，并运用具有满足耐压的功率开关器材。
而英飞凌的高级工程师Jerome Lee则主张，可经过下降电解电容中的纹波电流以延伸逆变器的运用寿数。当开关的高频操作与高功率方针产生冲突，需求考虑电容器组是否过大或是呈现多相体系。而除了电解电容老化问题，他以为电压额外值下降以及散热作用是影响也是太阳能逆变器牢靠性的首要要素，最具本钱功能优化的是运用600V等级的功率器材。这时能够经过运用过压维护体系或降压变换器作为输入级以将电压应力削减到500V以下。
IGBT抑或MOSFET
半导体器材影响逆变器规划的首要要素能够归纳为：器材击穿电压、封装、热阻（从结到外壳）、电流等级、导通电压或导通阻抗、寄生%&&&&&%、开关速度和本钱。而规划人员在为太阳能逆变器规划挑选功率逆变器材时又将有详细的考虑呢？
就MOSFET和IGBT来说，其选用决议计划视功能和本钱间的权衡而定。一般说，因IGBT的电流更大（是MOSFET的两倍多），所以选用IGBT计划的本钱比选用MOSFET的本钱低。除本钱方面的考虑外，器材功能可由功率损耗表度，而功率损耗可分为：导通和开关两类。作为以少量载流子为根底的器材，在大电流下，IGBT具有更低的导通电压，也就意味着更低的导通损耗。但MOSFET的开关速度更快，所以开关损耗比IGBT低。因而关于要求更低开关频率且更大电流的
