逆变器中能量缓冲器的电容选型原则
中心议题：
- 根据能量缓冲器的需求在薄膜电容器和铝电解电容器之间进行取舍
太阳能逆变器在太阳能电池板和主电网之间扮演着接口的角色。如图1所示，在太阳能逆变器内部会发生两个功率过程。一个DC/DC转换器控制着太阳能电池板的工作点，使之达到最大的功率输出。DC/AC转换把这部分功率输送到主电网，同时执行主电网运营商设立的各种管控规则。能量缓冲器会吸收掉两个转换器之间功率流的差值。成功实现这个过程在很大程度上取决于能量缓冲器选择的电容器。本文介绍了在薄膜电容器和铝电容器之间如何进行取舍，以及在选择一个或其他电容器时需要考虑的因素。
图1：太阳能逆变器功能框图
通过安装能量缓冲器，你可以把从太阳能电池板汲取最大功率，同如何把这种能量注入到主输配电系统这两件事分开处理。而且，这么做会降低设计的复杂度。
能量缓冲器的大小是由需要储存能量的多少决定的，能量的多少取决于太阳能逆变器的功率等级，以及储存和释放能量这两个过程之间的长短。可供参考的是，如果时间差小于1秒钟，使用薄膜容器或铝电容器都没问题。如果时间超过1秒钟，你就应该考虑使用一个化学双层电容器或电池组。但这两种技术都要求每个电池单元的电压在1V至4V之间。接到主电网需要的电压等级更高，要求把几个电池连成一串，因此就需要增加用来保持平衡的电子器件。由于驱动电池或电化学双层电容器单元有一些特殊要求，这种功能通常是由一个独立的功率电子模块来实现的，对模块的详细介绍超出了本文的讨论范畴。
薄膜电容器和铝电容器有一些使用限制，会影响到太阳能逆变器的服务寿命和可靠性。因此你需要详细列举在长时间工作条件下的变化情况，重要参数是器件环境温度、工作电压、纹波电流和持续时间。
薄膜电容VS铝电容
薄膜电容是一种理想的电容器。这种电容器的容量不会随着温度而显著变化，在充电/放电(纹波电流)时几乎不会发热。由于电容器结构的原因，对于电流回路来说是短路，因此电感很低，使其能用在很宽的频率范围内，通常可以达到数兆赫兹。
铝电容器的问题要多一些。细孔加上导电性一般电解液，使这种电容器的容值会随着温度和频率而发生变化。在铝和纸/电解液组合结构中产生欧姆损耗，以及在不完美的氧化物层中会产生与频率相关的损耗，使电容器在充电/放的时候会发热，限制了电容器的纹波电流处理能力。
最后还有一点尤其重要，由于电解液会与电容器中的其他材料发生化学反应，特性过一段时间后会发生变化，使电容器达到使用寿命后失效率会增高。由于化学反应的速度随电容器温度的降低而降低，需要根据太阳能逆变器的工作状况计算电容器的寿命。
如果在薄膜电容器中出了什么问题，比如电介质击穿或是碰到一个非常高的电流脉冲(高dU/dt)，金属化层或是连到金属化层的触点就会被破坏。最后，薄膜电容器会变成开路状态。
如果铝电容器中出了什么问题，结果更难预料。由于电介质击穿导致的接头损坏，表现出来的结果可以是短路、开路，或是中间的什么状态，比如泄漏电流会增高如果铝电容器过热，而且还连到电源上，其温度会升到电解液的沸点以上，大概能达到200 ℃。所产生的内部压力会使泄压装置打开，电解液会流出来，卷绕层会变干。
薄膜电容器与铝电容器的设计要点
当需要在两种技术中间进行选择时，性能并不是全部考虑因素，元件的尺寸也很重要，价格也是一个因素。要始终牢记的是薄膜电容和铝电容器如何达到预期的效果？
铝电容器的空间效率肯定比薄膜电容要高。高一个470 μF/450 V铝电容器的体积只有一个470μF/450 V薄膜电容的15%。
另一方面，铝电容寿命有限，损耗更大。对于一个要求能工作20年或高功率等级的太阳能逆变器，薄膜电容器因其具有更低的损耗和无限的寿命，是更佳的选择。
仅就元件成本而言，铝电容器占有绝对优势，同样是470μF/450 V，薄膜电容器的成本是相对应的铝电容器的5倍甚至更多。然而，铝电容器一般需要额外的保护电路。相反，薄膜电容器几乎不需要用来防止发生故障的外围元件。尤其是高功率等级的太阳能逆变器，能够处理发热问题的电容器是更佳选择，因为这样有助于大大降低成本，例如不需要用水来冷却元器件。
图2：采用铝电解电容的太阳能逆变器
选择太阳能逆变器中能量缓冲器的技术可不是一件简单的事情。你需要考虑很多因素，这些因素可能涉及到元器件行为的一些细节问题。因此，明智的选择是找一个经验丰富的供应商，在设计过程的初期就充分利用供应商的设计专长，确保你所选择的技术能够最终满足你的所有需求。
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