通过可再生能源存储让智能能源更智能

随着不可再生能源(如煤炭、汽油等)的储量不断减少，对太阳能或风能等“清洁”能源的需求不断增加。未来在于将这些可再生能源有效地转化为电能。在这篇文章中，我将介绍未来太阳能智能家居所需的硬件和软件解决方案，通过最大功率点跟踪 (MPPT) 算法从面板中提取最大功率。

利用德州仪器 (TI) 在了解整个光伏 (PV) 系统(从面板到电网)方面的系统级专业知识，结合其行业领先的设计、工艺、封装技术和太阳能 IC 解决方案，可提高基于可再生能源的系统的 IQ 并帮助最大化最终用户的投资回报率 (ROI)。TI 的太阳能 IC 产品组合包括有助于降低光伏阵列成本的解决方案，这些解决方案通过集成用于处理配电的电力、调节通信信号、提高太阳能阵列的安全性以及帮助维持单个面板的最大功率的电子设备。

适用于各种光伏组件的太阳能 IC 解决方案(可再生能源级)和参考设计，包括DC/DC 功率优化器、DC/AC 微型逆变器和逆变器、基于 MPPT 的电池充电控制器、光伏安全解决方案以及数字信号处理器 (DSP) 和 ARM基于微控制器 (MCU) 提供系统控制并支持智能互联家庭所需的通信技术。

图 1：具有可再生能源存储的智能互联家庭

图 2：DC/DC MPPT 充电器的框图

MPPT 充电器和优化器，如SM72442 / SM72245 MPPT 数字控制器和SM72295 PV 全桥驱动器，旨在控制 PV 应用中使用的高效 DC/DC 转换并提供高集成度。SM72295 是一款全桥金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 驱动器，具有 3A(更多并联 FET 以实现更高功率)峰值电流驱动能力、双集成电流检测放大器和集成升压二极管. SM72245可能对其他设计有用，因为它是一个可编程 MPPT 控制器，能够控制四开关升降压转换器的四个脉宽调制 (PWM) 栅极驱动信号。SM72245 _还具有一种称为面板模式 (PM) 的专有算法，当输入与输出电压比接近 1 时，该算法允许面板直接连接到功率优化器电路的输出端。当负载自然匹配面板的最大功率点时，这提供了优化功率优化器效率的机会。

并网逆变器

并网太阳能解决方案有助于满足智能电网的技术需求。它们支持无功功率处理、功率级控制、相位/频率锁定和 MPPT 等必要功能。所有这些结合起来，创造出更强大、更高效的并网太阳能收集系统。

TI 的C2000™实时控制 MCU 等高性能 MCU 提供了太阳能逆变器中实时信号处理所需的高水平计算性能和编程灵活性。高度集成的数字信号控制器可帮助逆变器制造商创造更高效、更具成本效益和更可靠的产品，以支持对太阳能不断增长的需求。

图 3：并网逆变器

图 4：并网微型逆变器的 DC/DC 部分

图 5：并网微型逆变器的 DC/AC 部分

拉在一起

世界各地的智能电表(也称为智能电表)要求正在迅速发展，以响应市场力量和强制智能电网部署的政府法规。动态定价、需求响应、远程连接和断开、中断管理、网络安全和减少非技术损失等智能电网应用正在推动对当今智能电表解决方案技术复杂性的需求。

可以选择多种通信选项，例如 PLC、微波、无线、光纤、以太网或卫星。应用包括IEC61850网关、协议转换器、串行服务器、铜光纤转换器、GPS时间主机、数据集中器、GSM/GPRS调制解调器等

查看适用于工业应用的电力线通信 (PLC) 精简版参考设计，了解如何为太阳能电池阵列等工业设备添加通信。通过使用正交频分复用 (OFDM) 物理层 (PHY) 技术，此设计提供了比早期形式的 PLC 更高的数据吞吐量和跨噪声电线传输的更高鲁棒性。

图 6：CENELEC-BAND PLC 调制解调器

智能电网设计中的关键设计挑战之一是 MPU 的选择，它应该有足够的外设来处理不同的通信接口，以及先进的网络堆栈处理能力。TI Sitara ™ 处理器系列使开发人员能够轻松添加多个连接选项，包括 <1 GHz (LPRF)、通用分组无线电服务 (GPRS) 和多个 PLC 标准。此外，ICSS-PRU(工业通信子系统 - 可编程实时单元)引擎可以执行非常低延迟的数据包处理以满足 IEC62439 以太网冗余要求，同时 IEC61850 变电站堆栈可以在 Sitara™ 上运行处理器内核。它将为大多数IEC61850网关应用带来BOM和功耗优化的SOC解决方案

太阳能收集需要高效的电力解决方案、可靠的电网互连以及高数据量和低延迟通信。需要多样化的产品组合，为功率密度、智能、高压和集成系统提供独特的解决方案。而且，我们在德州仪器 (TI) 努力开拓和推进电路、封装和设备技术的前沿创新，我们有机会对智能家居的未来产生影响。