這一段時間，“2030年碳達峰，2060年碳中和”作為全產業熱詞刷爆了朋友圈，而要實現此目標，必須要大幅發展可再生能源，降低化石能源的比重。據國家能源局早前預計，2020年底光伏發電裝機規模將超過風電，成為全國第三大電源。可以預計，未來光伏將是驅動我國能源發展的新能源的中堅力量，未來十年光伏裝機容量年均復合增長率或保持在15%以上。因此，隨著光伏發電的持續普及，光伏逆變器中功率密度的不斷增加以及對儲能平衡的需求，要求對太陽能光伏發電系統的所有元件進行大量監控。本文將介紹ADI 為太陽能光伏和儲能應用提供的完整的電源、通信和控制接口信號鏈解決方案供行業設計參考。

　　光伏產業“風光無限”的背后，也缺儲能“黃金搭檔”

　　太陽能發電是利用太陽能和半導體材料的電子學特性實現發電的，太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴電子對，在p-n結電場的作用下，空穴由n區流向p區，電子由p區流向n區，接通電路后就形成電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能。

　　雖說太陽能這種清潔得以源迅猛發展，但在現實應用中，太陽能發電有一些特殊的難點需要解決，例如太陽能只能白天發電，晚上無法發電;太陽能發電的間歇性，發電功率受到天氣的影響，不可預見性，會對電網造成沖擊，影響整個電網系統的穩定等。而光伏儲能可以完美解決光伏發電的難點，例如在負荷低谷時將光伏發電系統輸出的電能用蓄電池儲存，在負荷高峰時釋放儲存的電能，減少對電網的壓力;在電網故障時，太陽能可繼續發電，切換到離網模式繼續給負載供電;實現削峰填谷，根據不同用戶的用電規律，合理地、有計劃地安排和組織用電時間。以降低負荷高峰，填補負荷低谷。減小電網負荷峰谷差，使發電、用電趨于平衡;儲能系統的存在也方便實現能源互聯網的概念……

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　　光伏儲能和傳統光伏并網發電不一樣的地方，是要增加蓄電池以及蓄電池充放電裝置，所以相應的應用范圍要寬廣很多。比如：在能使用光伏發電時，儲能機可以把更多的電能先儲存起來。而在夜晚等不能發電的時候，儲能機可以把儲存的電直接供應負載或者反饋到電網。因此，光伏儲能一體機是整個太陽能光伏發電系統的核心部分，特別是市場需求量比較大的戶用光伏儲能應用，光伏儲能系統相比于傳統的光伏逆變器系統，在電路結構上主要增加了電池包的充放電管理部分。

　　安全、可靠且EMC魯棒系統通訊的重要性

　　下圖顯示了典型的24小時太陽能發電、儲能和家庭用電情況，也說明了太陽能系統針對賬單管理進行設計的主要原因。在夜間，當沒有陽光輻照太陽能電池板時，消耗的電能將從電網購買，此時電費最低。一旦太陽升起，陽光照射到太陽能電池板上，就會產生電力，家庭自用即開始，太陽能電力由家庭使用或轉移到儲能裝置。這樣可以減少從電網獲取的電力，在電力公司提供較低上網電價的區域使用太陽能所產生的電力，從而控制賬單費用。因此，對于光伏儲能的應用，它要將太陽能裝置中的發電和消耗活動報告給用戶，以便可以實施多種系統策略，例如賬單管理、光伏自用、減少電費和備用電源。

　　實現這些功能，通信系統的穩定性與魯棒性至關重要。通常而言，太陽能光伏通信接口小于500kbps的低數據速率工作，這正是RS-485通信的理想工作范圍，其他諸如以太網之類的替代方案以10 Mbps/100 Mbps或1 Gbps的固定數據速率運行，對應用性能要求而言明顯降低。

　　此外，對于太陽能光伏網絡，RS-485或CAN通信接口通常在充斥電噪聲的環境中通過長電纜運行，RS-485通信本質上是差分式，具備固有抗噪聲能力。因此，RS-485通訊協議是太陽能光伏儲能系統通信應用的首選，可用于遠程監控發電、功率點跟蹤器和儲能狀態與PC屏幕數據更新。

　　符合“光伏+儲能”需求的太陽能系統設計

　　ADI公司能為太陽能光伏和儲能應用提供完整的電源、通信和控制接口信號鏈解決方案。下圖顯示了一個典型太陽能光伏系統，包含輸入直流串、DC-AC轉換、充電和儲能、電池管理及通信，其中ADI iCoupler隔離式柵極驅動器解決方案包括ADuM4135 和 ADuM4223/ADuM3223，iCoupler隔離式通信端口解決方案這包括ADM2795E、 ADM2587E和ADM3054，混合信號處理器解決方案則包括 ADSP-CM419。

　　帶儲能功能的典型太陽能系統框圖

　　iCoupler隔離式RS-485中繼器設計由兩個RS-485收發器和兩個高速ADCMP600比較器組成。ADM2587E是全集成式數據收發器，支持±15 kV ESD保護及信號和電源隔離，適用于多點傳輸線上的高速通信。ADM2587E內部集成隔離式DC-DC電源，無需外加DC-DC隔離模塊。RS-485中繼器需要數據碼流控制，這對RS-485總線上的通信方向控制很重要。在ADM2587E邏輯引腳上使用高速比較器ADCMP600可提供高速流控制和方向性，從而實現可靠的通信系統。

　　值得一提的是，設計EMC通信接口時，電路設計人員常常要面對設計和測試迭代循環，電路設計必須符合系統級EMC標準和客戶要求。而ADI公司iCoupler信號隔離式RS-485包含經認證的額外EMC保護，可防范上述干擾，從而縮短需要滿足嚴格監管目標的設計的上市時間。

　　總結

　　“碳中和”是我國能源安全和經濟轉型的內在需求，也與世界各國未來發展的利益一致。而從實現路徑上來看，“光伏+儲能”的模式將為可再生能源大規模發展和并網提供有力支撐。ADI 公司能為儲能系統與電源轉換市場提供完整的產品和解決方案組合，將助力提高多元能源系統的安全性、靈活性和可調性，推動構建新時代下的能源互聯網核心。