Импульсные источники питания (ИПП) играют основополагающую роль в раскрытии потенциала солнечных фотоэлектрических систем, прежде всего благодаря их исключительной эффективности и гибкости преобразования напряжения. В отличие от менее эффективных линейных регуляторов, ИПП быстро включают и выключают силовые электронные транзисторы (например, МОП-транзисторы или БТИЗ) на высоких частотах (от кГц до МГц).

Основной принцип и значение солнечной энергии:

Это высокочастотное переключение создаёт импульсное постоянное напряжение. Управляя переключением, рабочий цикл (соотношение времени включения и выключения) среднее выходное напряжение или ток можно точно регулировать. Это импульсное напряжение затем сглаживается до стабильного постоянного тока с помощью индукторов, конденсаторов и трансформаторов. Важно отметить, что при коммутационных переходах рассеивается минимальное количество энергии в виде тепла, что обеспечивает КПД, часто превышающий 90–95%. Это имеет первостепенное значение для солнечных установок, где критически важно максимально эффективно использовать энергию дорогостоящих панелей.

Основные области применения солнечной энергетики:

1. Контроллеры заряда с отслеживанием точки максимальной мощности (MPPT): Это наиболее критически важное применение. Выходная мощность солнечной панели (напряжение x ток) значительно варьируется в зависимости от интенсивности солнечного света и температуры. Алгоритм MPPT непрерывно находит оптимальную рабочую точку панели (точку максимальной мощности – MPP). DC/DC-преобразователь на базе импульсного источника питания (SMPS) выступает в роли «рабочей лошадки». Он динамически регулирует своё эффективное входное сопротивление, изменяя рабочий цикл, заставляя панели работать на напряжении MPP. Одновременно он эффективно преобразует это входное напряжение в точное напряжение, необходимое для зарядки аккумуляторной батареи (например, понижая напряжение панели 30–40 В до напряжения аккумулятора 12 или 24 В). Высокий КПД импульсного источника питания обеспечивает минимальные потери энергии на этом важнейшем этапе преобразования и оптимизации.

2. Оптимизаторы DC-DC (силовая электроника модульного уровня - MLPE): Эти устройства, подключаемые к отдельным солнечным панелям, содержат импульсный источник питания (SMPS). Они выполняют MPPT для каждой панели независимо, снижая негативное влияние затенения или несоответствия панелей в цепи. Они также преобразуют переменный постоянный ток панели в стандартизированное, оптимизированное постоянное напряжение для подачи на центральный инвертор, повышая общую эффективность системы.

3. Сетевые инверторы (ступень DC-AC): Хотя на выходе получается переменный ток, начальный этап работы сетевого инвертора включает высокоэффективное преобразование постоянного тока в постоянный с использованием технологии импульсного источника питания (SMPS). На этом этапе относительно низкое постоянное напряжение, поступающее от сети или оптимизатора (например, 200–600 В), часто повышается до значительно более высокого постоянного напряжения (например, 600–800 В). Это более высокое постоянное напряжение необходимо для эффективного синтеза переменного напряжения, совместимого с сетью, последующим этапом инвертора. КПД импульсного источника питания напрямую влияет на общую эффективность преобразования инвертора.

По сути, высокая эффективность, точная управляемость и возможность двунаправленного преобразования напряжения (повышение/повышение или понижение/понижение) импульсных источников питания делают их незаменимыми для максимального сбора энергии, обеспечения интеллектуального управления MPPT, интеграции с аккумуляторными батареями и упрощения эффективного подключения к сети в современных солнечных энергетических системах.