经过长时间的技能开展——特别是在生态危机、化石动力窘境等多个严重要害课题的影响下，太阳能在以转化功率和本钱为中心的技能和商业两方面的要害难点上取得了巨大打破。太阳能是可再生动力和可继续电力设备改造的要害方式、完成碳中和传达的重要途径，这不仅是全球一致，也是美国、欧盟等经济发达国家现在所在的实践情况。一起，我国也在出台相应的方针指导方针，大幅添加光伏发电设备的数量。为光伏发电体系挑选适宜的磁性元件关于太阳能的进一步遍及具有重要的含义。

  以设备等级为区分依据，太阳能运用一般分为三类：住所，x100W~xKW；商用，xKW ~ xMW；公共事业，xMW ~ xGW。因为太阳能运用广泛，且具有可扩展性，太阳能发电的相应功率转化有几种不同的计划可供挑选：

  在转化功率方面，有用于习惯太阳辐射并依据电池温度调理输出的接连操控单元；考虑到相对发电本钱和用电容量，有用于离网型发电的散布式微电网和用于栅极接电的集中式电站，尤其是当光伏板数量添加时，体系的孤岛危险和并网设备的低电压穿越（LVRT）会使得光伏发电的装备计划更杂乱多变。

  滤波电感、升压电感、电源变压器、电抗器等磁性元件除了运用于相应的功率转化之外，在其他方面也广泛运用；尤其是在典型的散布式光伏解决计划中，磁性元件本钱更高（按百分比计），因而为光伏发电体系挑选适宜的磁性元件关于太阳能的进一步遍及具有重要的含义。

  因为光电转化功率的要害要求，单晶硅异质结（HIT）太阳能电池（N衬底）是现在的要点开展类型（功率在25%左右）。现在占有装置规划的首要比例的类型仍然是铝背场（BSF）和PerC型如P 型基板电池（功率在 19% 和 21.5% 之间）。但跟着设备和首要资料（硅资料和低温银浆）的不断研制和生产能力的进步，HIT本钱将逐步下降，未来新装的太阳能电池将以HIT型为主。

  在本征半导体中，P型或N型半导体经过掺杂取得满意的载流子浓度。因为其窄带隙，外界搅扰（如照明电磁辐射）能够激起内部原子发生更多的电子-空穴对。当不同类型的半导体构成PN结时，n型端在内部分散电场的效果下会积累更多的电子；而p型端则相反，终究在两头构成驱动电压并成为电源，即电池。这种内部光电效应称为光伏效应。

  相反的现象是LED经过电子空穴复合发生电光。两者的PN结作业状况为正偏，但光伏电池为电源（光辐射驱动电流，低功率密度），LED为负载（发生光的电力，高功率密度），因而，光伏电池能够供应大电流，LED 则受限于其散热结构和尺度而无法经过大电流（烧坏）。相关二极管结构、电路符号及等效电路如下图1所示：

  q/AKT是辐照的弱相互效果，随辐照强度而改变；一般较小，较大（>

  100KΩ），因而光伏电池的输出电压和电流首要受辐照强度和温度的影响，当辐照强度和温度稳守时，输出电流逐步减小，PV的输出电压添加。能够看出，跟着输出电压的升高，光伏电池的输出功率会先增大后减小；为完成最优的光伏发电规划，需求经过最大功率点盯梢（MPPT）技能来操控输出功率并最大化功率输出。

  此外，光伏电池以及在光伏发电的功率转化中，依据详细情况运用不同的开关场效应管和二极管半导体，如：MOS、氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC），IGBT。形成这种差异的首要原因是在不同的运用条件下（作业电压、开关频率等），不同类型的半导体在本钱和功用方面具有不同的优势。从实践光伏运用中能够看出，不同类型开关设备件的操控杂乱性和本钱反过来也会影响特定光伏功率转化计划（升压和逆变等）的挑选；一起因为功率半导体的各种影响要素在不断开展和改变，光伏产品的技能迭代和商业推行也在不断开展。

  太阳能并网发电需求满意特定的技能要求，如IEEE1547（美国）、ENEL 2010 Ed.2.1（意大利）、EN50438或我国GB/T 19939-2005、GB/Z 19964-2005。为了装备适宜的并网逆变器，光伏体系需求具有多级功率转化、功率操控和完好的监控相关通讯体系，并具有孤岛检测和发电量猜测等必要功用（一般适用于中大型规划化光伏发电布置）。在就地耗费所发电能这一方面上，散布式离网光伏发电体系具有较低的体系装备难度和较高的灵活性，一般以微型逆变器为首要功率级，或装备储能体系以完成有用的电力调度。

  在并网光伏发电体系中需求考虑的首要要素傍边，安全比功率更为重要，首要包含孤岛检测、绝缘检测、漏电流检测和低电压穿越等。

  因为低密度散布式光伏的负载常常超越发电容量，孤岛危险的发生概率十分低，因而在这种情况下一般不需求装备孤岛检测。在集中式光伏电站中，需求自动孤岛检测来维护它，经过操控电压和频率能够将光伏发电带来的危险降到最低。

  有源解决计划和无源解决计划有很多种，它们的基本原理是：当电网断电时，光伏逆变器输出电源的有功功率和无功功率负载发生显着改变，光伏逆变器的改变输出电压将直接反映在负载两头的电压改变上。相同，当逆变器输出发生改变时，负载的无功功率（出现在等效电感和电容上）也会随频率而改变（图3)。

  如图所示，电网停电前后负载的电压和频率分别为1、2和1、2，有功功率和无功功率改变分别为ΔP和ΔQ，对应联系如下：

  从简化联系能够看出，只需负载上的ΔP和ΔQ改变显着，光伏逆变器的电压改变和频率改变就能在负载端发生显着的相关反响，然后能够检测到电网体系中的光伏发电是否处于孤岛状况。当改变不显着时，需求弥补载波通讯等其他监控计划，自动满意安全需求。

  此外，光伏发电体系的装机容量（光伏组件总标称功率）与逆变器的额外容量（总有功功率）也有功用标准（我国NB/T 10394-2020）。进步容量匹配能够保持安稳的输出功率，也能够进步相应的体系归纳功率。

  光伏发电作为电流源，其功率输出与作业电压之间存在动摇联系，即在实践功率转化中，首要需求完成最大功率输出的操控。依据 MPPT 或 Power Optimizer的算法，动摇的光伏发电一般先转化为直流电，即直流母线（或 DC-link）。这个进程一般是boost转化。其次，依据不同的功率等级，升压转化还能够经过交织升压或全桥操控完成更好的功率和更低的本钱。一起，可依据阻隔要求弥补软开关或其他阻隔电源转化，完成不同电压的直流要求；或许依据运用的需求能够经过全桥逆变的方式直接供应沟通负载。

  在组串式逆变器或中心逆变器中，除了MPPT或功率优化后的安稳直流高压外，还有许多杂乱的逆变器拓扑方式，如单相或三相串联逆变器可分为两级或多级方式。因为组串式逆变器在技能和本钱上都具有装备灵活性，它们逐步成为近年来的首要开展趋势。

  因篇幅约束，本期文章首要介绍了光伏发电的首要运用、功率转化原理及转化类型。下一期咱们将要点介绍磁性元件在光伏体系中的详细运用，敬请期待。