光伏发电系统将太阳能转化为可用电能，其核心在于高效可靠的电力转换电路。理解电路原理及元器件作用，对系统性能和寿命至关重要。
光伏逆变器的核心工作原理
光伏组件产生不稳定的直流电（DC），需经逆变器转换为稳定交流电（AC）供负载或并网使用。
DC-DC升压与MPPT控制
- 初始转换： 太阳能板输出电压随光照、温度波动，通常低于逆变器工作所需电压。
- Boost电路作用： 利用功率开关器件（如MOSFET、IGBT）和升压电感提升电压。
- MPPT技术： 最大功率点跟踪算法动态调整开关占空比，确保太阳能板始终输出最大功率（来源：IEA-PVPS报告）。
DC-AC逆变与输出控制
- 全桥逆变拓扑： 最常用结构，由四组功率开关器件组成桥臂。
- SPWM调制： 正弦波脉宽调制技术控制开关通断，合成标准正弦波交流电。
- 输出滤波： LC滤波器滤除高频开关噪声，输出纯净50/60Hz交流电。
关键元器件功能与选型要点
电路性能与可靠性高度依赖核心元器件的选择和应用。
储能与滤波电容的关键角色
- 直流母线电容： 并联在升压电路输出端，吸收瞬时电流冲击，稳定直流母线电压。需选用高耐压、低ESR、长寿命的电解电容或薄膜电容。
- 交流滤波电容： 位于逆变器输出端，与电感构成LC滤波网络，滤除高频开关纹波。通常选择金属化薄膜电容，要求低损耗、高频率特性。
保护与监测用传感器
- 电流传感器： 实时监测直流输入电流和交流输出电流，用于过流保护及MPPT算法计算。
- 电压传感器： 检测直流母线电压和交流输出电压，是过压/欠压保护和稳压控制的基础。
- 温度传感器： 安装在散热器或关键元器件（如IGBT、电容）附近，防止过热损坏。
整流与保护器件应用
- 整流桥堆： 在部分带蓄电池的光伏系统中，用于将交流电（如来自电网或发电机）整流为直流电给电池充电。
- 浪涌保护器件： 在交流输入端配置压敏电阻或气体放电管，吸收雷击或电网浪涌，保护后级电路。
实用电路布局与EMC设计建议
合理的物理布局对系统稳定性、效率及电磁兼容性至关重要。
功率回路最小化原则
- 紧凑布线： 大电流功率回路（如直流母线、开关管至变压器/电感）路径应尽可能短且宽，减小寄生电感，降低电压尖峰和开关损耗。
- 分层设计： 采用多层PCB板时，单独设置大面积功率地层，提供低阻抗回流路径。
信号与功率分离设计
- 分区隔离： 将高功率开关区域（如IGBT、电感）与低压控制信号区域（如MCU、传感器）物理分隔。
- 独立走线： 敏感模拟信号线（如电流采样、电压反馈）使用屏蔽线或差分走线，远离高频开关噪声源。
EMI滤波与接地处理
- 输入端滤波： 在直流输入和交流输出端安装EMI滤波器（包含共模电感和滤波电容），抑制传导干扰。
- 单点接地： 数字地、模拟地、功率地应在一点连接，避免地环路引入噪声。机壳接地需可靠。
结语
深入理解光伏系统核心电路图及其关键元器件的工作原理，是保障系统高效、稳定、长寿命运行的基础。合理选择电容器、传感器、整流桥等元器件并优化其布局，对提升系统效率、抑制电磁干扰、确保长期可靠性具有决定性作用。
