監控是解鎖太陽能電池能源生產的關鍵。通過使用在太陽能環境不斷變化時承擔恒定能量產生的電路架構，很容易失去效率。

當太陽能電池組件升溫或接收更多光時，電流 - 電壓特性的變化可能是太陽能電池陣列效率損失的重要來源。如果產生電網兼容電力的逆變器沒有調到輸出電壓和電流條件，那么它將浪費更多的電力。作為回應，電子公司生產的IC能夠執行優化能量轉換所需的最大功率點跟蹤（MPPT）以及旁路電子設備，以防止暫時無效的模塊破壞活動單元的輸出。

在晴朗的日子靠近赤道，來自太陽的能量意味著一平方米的地球表面接收的功率超過1千瓦。今天的太陽能電池可以將大部分能源轉化為電能。在實驗室條件下測試的硅基太陽能電池已實現接近25％的轉換效率。然而，這些電池尚未成為生產光伏（PV）面板，即使它們確實存在其它問題，也會降低整個光伏系統的效率。

太陽能電池背后的電子控制裝置是利用太陽能電池原始效率的關鍵。控制系統需要能夠對變化的天氣條件作出反應，以確保PV電池和模塊盡可能接近其峰值運行。每個太陽能電池具有特征電流 - 電壓（IV）曲線，其反映其對溫度和入射光水平的響應。

裝在光伏模塊中的電池可能會在單調的冬日產生高電壓但電流非常低。隨著光照水平的上升，電壓會略有下降，但電流會急劇增加，直至達到峰值水平。隨著模塊升溫，模塊的輸出電壓將下降，從而降低其整體能量輸出。結果，即使在強烈的陽光照射期間它們應該達到峰值效率時，如果電子電路不能補償這一點，PV板也會遭受轉換效率的顯著下降。

高效率的部分秘訣在于使用可最大限度減少熱量產生的組件，從而使輸出電壓保持在較高水平。更重要的是一種考慮到條件變化的架構，以確保電池和模塊在當前條件下的峰值電位下運行。局部著色將顯著降低陰影單元的輸出，對包含它們的模塊產生連鎖效應，如果不能有效管理，可能會完成PV安裝或字段。根據美國國家可再生能源實驗室進行的測試，遮陽落在太陽能裝置面積不到3％的地方可能會使其輸出效率降低15％以上。如果一個電池沒有產生能量，它的電阻會上升并開始消耗其他電池輸入的電流，因為它們通常串聯連接。結果是積聚了熱量。這種熱點產生會隨著時間的推移損壞電池，并降低整個太陽能電池陣列的輸出能量。

在典型安裝中，PV面板組串聯連接以形成PV串。每根串并聯連接到其他串，然后連接到逆變器，逆變器使產生的功率適應公共電網的特性。在每個串內，旁路二極管通過為其他面板產生的電流提供替代路徑來保護每個面板。這些二極管可確保面板保護和整個系統功能，以防損壞或遮擋面板。阻斷或截止二極管保護每個串免受來自其他串的電流回流的影響，這是由于串上的電壓較低，通常是由于串的一部分上的陰影引起的。

圖1：使用單個字符串的基本太陽能裝置的架構。

旁路二極管應具有低正向偏壓降，以允許來自上游面板的電流在通往逆變器的途中輕松流動，從而將能量轉換為電網兼容電力。為了防止熱量積聚和能量損失，非常低的正向壓降是至關重要的。 LX2400太陽能旁路設備采用Microsemi的CoolRUN技術來降低導致正向壓降的電阻，從而最大限度地減少熱量產生。 LU2400在10 A時的電壓降僅為50 mW，這種高電流的溫升僅為10°C，從而防止生產模塊附近的效率降低熱量增加。

STMicroelectronics還有一個SPV1001形式的太陽能旁路二極管。它是一種系統級封裝解決方案，設計用于冷卻操作，通過使用功率MOSFET與電容器結合工作，提供類似于肖特基二極管的旁路整流，但具有較低的壓降和反向漏電流。 MOSFET在其關斷期間對電容器充電，然后在其導通期間通過存儲在電容器中的電荷驅動。延長導通時間和關斷時間，以降低漏極和源極端子之間的平均壓降，從而降低功耗。

太陽能電池陣列或現場的其余關鍵部件是逆變器部分，它可以產生與電網兼容的電力。逆變器是復雜的系統，通常包括三個功能：DC/DC轉換，DC/AC轉換和反島控制。

反島控制是一種安全控制，在電網電力故障期間迫使系統與電網斷開，防止逆變器繼續向電網的小部分或“島”供電。如果島嶼通電，試圖修復系統的工人將面臨風險。另一個問題是，如果沒有用于同步的電網信號，逆變器的功率輸出可能偏離客戶設備在島內操作的范圍。

逆變器需要調整到太陽能電池陣列所經歷的條件，這通常使用最大功率點跟蹤（MPPT）來實現。使用MPPT，逆變器電路可以使用電壓和電流的最佳組合，并為負載提供必要的電阻，以實現有效的能量收集。

圖2：通過使用獨立的DC/DC轉換和MPPT，太陽能裝置可以更適當地響應不斷變化的環境條件。

最簡單的架構是使用一個MPPT引擎來控制單個通用逆變器。這種方法很簡單，但是存在將單個功率點應用于可能正在經歷不同操作條件的陣列中的模塊的問題。如果一個模塊被部分遮蔽，因為云從其視角穿過太陽，它將與其他完全照明的光源具有不同的功率點。盡管被遮蔽了，但是不能繞過它仍然是有效的。單個模塊上的污垢堆積將導致功率點隨時間的變化，這也不能通過普通MPPT控制器反映出來。一種替代方案是通過并聯使用多個串來分割陣列，每個串饋送不同的逆變器前端。更靈活的方法是將DC/DC轉換器和MPPT控制器與每個PV模塊相關聯，每個PV模塊將公共電壓的DC電力饋送到逆變器部分。

有許多方法可以確定任何給定時間的最佳功率點，每種方法都有自己的優點和缺點。常用的技術是擾動和觀察。使用該技術，改變電壓或電流并記錄功率輸出的變化。如果輸出增加，則擾動以正確的方向移動。如果不是，則下一次擾動將是相反的方向。通常，DC/DC轉換器采用的工作電壓將圍繞MPP振蕩。 STMicroelectronics的SPV1020采用擾動和觀測算法。

另一種選擇是增量電導，它依賴于觀察到功率曲線導數與MPP電壓為零，左側為正，右側為負。實現將增量電導，電流與電壓的變化（ΔI/ΔV）與瞬時電導（I/V）進行比較。在MPPΔI/ΔV= -I/V.在MPP的左側，ΔI/ΔV大于-I/V并且小于MPP右側的-I/V.

圖3：典型太陽能電池的電流和功率與電壓關系圖，顯示最大功率點和電池電流曲線。

增量電導通常為最大功率點移動的方向提供了更好的指導，并且導致比擾動和觀察更少的振蕩，但計算密集度更高。但是，Microchip Technology PIC16F1503等微控制器可輕松使用增量電導對PV模塊進行必要的計算，并包含數字控制振蕩器（NCO）外設單元，可為高分辨率脈沖寬度提供定時信號高效DC/DC轉換所需的調制（PWM）。

圖4：擾動和干擾算法移動工作點以便包含最大功率點。

由于PV模塊的電壓輸出可能因環境條件而有很大差異，因此連接到模塊的任何DC/DC轉換器都需要足夠靈活以應對。一種可能性是使用具有高中間DC電壓的升壓轉換器拓撲，其被提供給并網逆變器。 SPV1020采用四相交錯式升壓拓撲結構，可以在連續或非連續模式下工作。交錯顯著降低了輸出電壓紋波。當需要低電流輸出時，在突發模式期間關閉相位。通常在啟動期間使用突發模式以避免電壓振蕩，并且在啟動過程期間逐漸激活每個相。

升壓拓撲的替代方案是降壓 - 升壓型DC/DC轉換器拓撲結構，以便模塊的電壓可以在中間電壓附近移動;當模塊以接近最佳水平轉換能量時，可以利用這一點來支持高效運行。

德州儀器Solar Magic SM72442 MPPT和DC/DC轉換器控制器由評估板支持，當面板輸入電壓和所需輸出電壓在±2％范圍內時，可提供直接連接選項，實現幾乎無損耗操作彼此的。這允許DC/DC轉換器暫時關閉。在此范圍的任一側，控制器采用降壓或升壓模式。

SM72442使用PWM抖動技術來平滑降壓，升壓和直接連接面板模式之間的轉換。設備使用的MPPT算法通常在百分之一秒內提供收斂，監視輸入電流和電壓。

隨著太陽能行業的不斷擴展，預計會有更多的解決方案可以提供MPPT和功率控制，尤其是當注意力轉移到提供單模塊效率調整的更復雜架構時。這些解決方案將包括特定設備和更多通用產品，允許實施者調整其MPPT和功率轉換算法。