- 根據(jù)能量緩沖器的需求在薄膜電容器和鋁電解電容器之間進(jìn)行取舍
太陽能逆變器在太陽能電池板和主電網(wǎng)之間扮演著接口的角色。如圖1所示，在太陽能逆變器內(nèi)部會(huì)發(fā)生兩個(gè)功率過程。一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器控制著太陽能電池板的工作點(diǎn)，使之達(dá)到最大的功率輸出。DC/AC轉(zhuǎn)換把這部分功率輸送到主電網(wǎng)，同時(shí)執(zhí)行主電網(wǎng)運(yùn)營商設(shè)立的各種管控規(guī)則。能量緩沖器會(huì)吸收掉兩個(gè)轉(zhuǎn)換器之間功率流的差值。成功實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程在很大程度上取決于能量緩沖器選擇的電容器。本文介紹了在薄膜電容器和鋁電容器之間如何進(jìn)行取舍，以及在選擇一個(gè)或其他電容器時(shí)需要考慮的因素。
圖1：太陽能逆變器功能框圖
通過安裝能量緩沖器，你可以把從太陽能電池板汲取最大功率，同如何把這種能量注入到主輸配電系統(tǒng)這兩件事分開處理。而且，這么做會(huì)降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。
能量緩沖器的大小是由需要儲(chǔ)存能量的多少?zèng)Q定的，能量的多少取決于太陽能逆變器的功率等級(jí)，以及儲(chǔ)存和釋放能量這兩個(gè)過程之間的長短。可供參考的是，如果時(shí)間差小于1秒鐘，使用薄膜容器或鋁電容器都沒問題。如果時(shí)間超過1秒鐘，你就應(yīng)該考慮使用一個(gè)化學(xué)雙層電容器或電池組。但這兩種技術(shù)都要求每個(gè)電池單元的電壓在1V至4V之間。接到主電網(wǎng)需要的電壓等級(jí)更高，要求把幾個(gè)電池連成一串，因此就需要增加用來保持平衡的電子器件。由于驅(qū)動(dòng)電池或電化學(xué)雙層電容器單元有一些特殊要求，這種功能通常是由一個(gè)獨(dú)立的功率電子模塊來實(shí)現(xiàn)的，對(duì)模塊的詳細(xì)介紹超出了本文的討論范疇。
薄膜電容器和鋁電容器有一些使用限制，會(huì)影響到太陽能逆變器的服務(wù)壽命和可靠性。因此你需要詳細(xì)列舉在長時(shí)間工作條件下的變化情況，重要參數(shù)是器件環(huán)境溫度、工作電壓、紋波電流和持續(xù)時(shí)間。
薄膜電容VS鋁電容
薄膜電容是一種理想的電容器。這種電容器的容量不會(huì)隨著溫度而顯著變化，在充電/放電(紋波電流)時(shí)幾乎不會(huì)發(fā)熱。由于電容器結(jié)構(gòu)的原因，對(duì)于電流回路來說是短路，因此電感很低，使其能用在很寬的頻率范圍內(nèi)，通常可以達(dá)到數(shù)兆赫茲。
鋁電容器的問題要多一些。細(xì)孔加上導(dǎo)電性一般電解液，使這種電容器的容值會(huì)隨著溫度和頻率而發(fā)生變化。在鋁和紙/電解液組合結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生歐姆損耗，以及在不完美的氧化物層中會(huì)產(chǎn)生與頻率相關(guān)的損耗，使電容器在充電/放的時(shí)候會(huì)發(fā)熱，限制了電容器的紋波電流處理能力。
最后還有一點(diǎn)尤其重要，由于電解液會(huì)與電容器中的其他材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，特性過一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生變化，使電容器達(dá)到使用壽命后失效率會(huì)增高。由于化學(xué)反應(yīng)的速度隨電容器溫度的降低而降低，需要根據(jù)太陽能逆變器的工作狀況計(jì)算電容器的壽命。
如果在薄膜電容器中出了什么問題，比如電介質(zhì)擊穿或是碰到一個(gè)非常高的電流脈沖(高dU/dt)，金屬化層或是連到金屬化層的觸點(diǎn)就會(huì)被破壞。最后，薄膜電容器會(huì)變成開路狀態(tài)。
如果鋁電容器中出了什么問題，結(jié)果更難預(yù)料。由于電介質(zhì)擊穿導(dǎo)致的接頭損壞，表現(xiàn)出來的結(jié)果可以是短路、開路，或是中間的什么狀態(tài)，比如泄漏電流會(huì)增高如果鋁電容器過熱，而且還連到電源上，其溫度會(huì)升到電解液的沸點(diǎn)以上，大概能達(dá)到200 ℃。所產(chǎn)生的內(nèi)部壓力會(huì)使泄壓裝置打開，電解液會(huì)流出來，卷繞層會(huì)變干。
薄膜電容器與鋁電容器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
當(dāng)需要在兩種技術(shù)中間進(jìn)行選擇時(shí)，性能并不是全部考慮因素，元件的尺寸也很重要，價(jià)格也是一個(gè)因素。要始終牢記的是薄膜電容和鋁電容器如何達(dá)到預(yù)期的效果？
鋁電容器的空間效率肯定比薄膜電容要高。高一個(gè)470 μF/450 V鋁電容器的體積只有一個(gè)470μF/450 V薄膜電容的15%。
另一方面，鋁電容壽命有限，損耗更大。對(duì)于一個(gè)要求能工作20年或高功率等級(jí)的太陽能逆變器，薄膜電容器因其具有更低的損耗和無限的壽命，是更佳的選擇。
僅就元件成本而言，鋁電容器占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，同樣是470μF/450 V，薄膜電容器的成本是相對(duì)應(yīng)的鋁電容器的5倍甚至更多。然而，鋁電容器一般需要額外的保護(hù)電路。相反，薄膜電容器幾乎不需要用來防止發(fā)生故障的外圍元件。尤其是高功率等級(jí)的太陽能逆變器，能夠處理發(fā)熱問題的電容器是更佳選擇，因?yàn)檫@樣有助于大大降低成本，例如不需要用水來冷卻元器件。
圖2：采用鋁電解電容的太陽能逆變器
選擇太陽能逆變器中能量緩沖器的技術(shù)可不是一件簡單的事情。你需要考慮很多因素，這些因素可能涉及到元器件行為的一些細(xì)節(jié)問題。因此，明智的選擇是找一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的供應(yīng)商，在設(shè)計(jì)過程的初期就充分利用供應(yīng)商的設(shè)計(jì)專長，確保你所選擇的技術(shù)能夠最終滿足你的所有需求。
