光伏发电与MPPT技术概述

太阳能光伏发电是实现碳中和目标的重要途径。截至2024年，全球光伏累计装机容量已超过1500GW，中国以超过600GW的装机量位居世界第一。光伏逆变器作为连接光伏组件与电网的核心设备，其性能直接影响整个系统的发电效率。

最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，简称MPPT）是光伏逆变器的核心功能之一。由于光伏组件的输出功率随光照强度和温度变化而改变，MPPT控制器通过实时调节工作点，使系统始终运行在最大功率输出状态，从而最大化能量采集效率。

一、MPPT控制原理与电流检测需求

1.1 光伏组件的I-V特性

光伏组件的电流-电压（I-V）特性曲线呈非线性。在特定光照和温度条件下，存在一个使输出功率最大的工作点，称为最大功率点（MPP）。随着环境条件变化，MPP也会随之移动。

1.2 MPPT算法

常用的MPPT算法包括：

• 扰动观察法（P&O）：通过小幅调整工作电压，观察功率变化方向来寻找MPP
• 电导增量法（INC）：基于MPP处dP/dV=0的条件进行跟踪
• 模糊控制、神经网络等智能算法：适应复杂环境条件

无论采用何种算法，都需要精确测量电流和电压，计算实时功率，作为控制决策的依据。

1.3 电流检测的精度要求

MPPT效率的提升依赖于精准的电流检测。研究表明，电流测量误差每增加1%，MPPT效率可能下降0.3%~0.5%。对于大型光伏电站而言，这意味着可观的发电量损失。因此，组串式逆变器通常要求电流检测精度达到±0.5%或更高。

二、组串式逆变器的架构

2.1 系统组成

组串式逆变器是目前市场主流产品，其基本架构包括：

• 直流输入：多路MPPT输入，每路连接若干光伏组串
• DC-DC升压/降压：调节直流电压，实现MPPT功能
• DC-AC逆变：将直流电转换为交流电
• 滤波与保护：输出滤波和各种保护功能

2.2 电流检测点

在组串式逆变器中，需要进行电流检测的位置包括：

• 每路MPPT输入电流：用于独立MPPT控制
• 直流母线电流：用于功率计算和保护
• 交流输出电流：用于并网控制和计量

三、分流器在光伏逆变器中的应用

3.1 MPPT输入电流检测

每路MPPT通道都需要独立的电流检测。考虑到组串式逆变器通常有多路MPPT（如10~12路），采用分流器方案具有成本优势。

典型的MPPT电流范围为10A~30A，分流器选型参数：

• 额定电流：30A~50A
• 电阻值：1mΩ~5mΩ
• 精度：±0.5%或更高
• TCR：±50ppm/℃以内

3.2 直流母线电流检测

直流母线电流通常较大（可达100A以上），可采用霍尔传感器或大电流分流器。采用分流器时，需要特别关注散热设计。

3.3 小型化与集成化趋势

随着逆变器向高功率密度方向发展，对电流检测元件的小型化要求越来越高。贴片式分流器因其体积小、易于自动化生产的特点，在光伏逆变器中的应用日益广泛。

四、设计要点与应用案例

4.1 信号调理设计

分流器输出的毫伏级信号需要经过放大和滤波处理。设计要点包括：

• 选用低偏置、低漂移的运算放大器
• 设计合适的增益，充分利用ADC量程
• 添加RC滤波抑制高频噪声

4.2 应用案例

某全球出货量领先的逆变器制造商，在其110kW组串式逆变器中采用了赛峰电子的贴片式分流器方案。该方案具有以下特点：

• 12路MPPT独立检测
• 电流检测精度±0.3%
• 产品年供货量超过100万只
• 出口覆盖全球30多个国家

五、未来发展趋势

5.1 更高功率密度

光伏逆变器正向更高功率密度发展，对电流检测元件的功率密度和散热性能提出更高要求。

5.2 智能化与数字化

随着智能光伏电站的发展，电流检测数据将与云平台结合，实现远程监控和智能运维。

结语

精准的电流检测是实现高效MPPT控制的基础。分流器以其高精度、低成本的优势，在光伏逆变器中发挥着重要作用。赛峰电子多年来持续服务于光伏行业，积累了丰富的应用经验，可为客户提供从选型到量产的全程支持。