太陽能產(chǎn)業(yè)新變革：模擬技術(shù)及電源管理芯片提高光伏產(chǎn)業(yè)能效
[導讀]太陽能光伏市場以高達30%以上的年增長率，在過去10年來吸引了眾多投資者。事實上，開發(fā)太陽能光伏的基本技術(shù)50年前便已面世，但技術(shù)進步不大。所以，目前市場上的太陽能組件及逆變器技術(shù)在成本效益及回報上還未達到用
太陽能光伏市場以高達30%以上的年增長率，在過去10年來吸引了眾多投資者。事實上，開發(fā)太陽能光伏的基本技術(shù)50年前便已面世，但技術(shù)進步不大。所以，目前市場上的太陽能組件及逆變器技術(shù)在成本效益及回報上還未達到用戶的要求。技術(shù)進步緩慢也使太陽能技術(shù)未被廣泛使用，并依賴政府補貼。但自業(yè)界引進直流直流電源優(yōu)化器以及直流交流微逆變器等分布式集成電路技術(shù)后，太陽能產(chǎn)業(yè)便開始了新一輪技術(shù)變革。
陰影及失配問題的負面影響已令多家著名公司以及許多新興公司改變其研發(fā)方向，轉(zhuǎn)而研發(fā)新技術(shù)以解決這些實際運行環(huán)境的問題。太陽能光伏系統(tǒng)的問題有點類似一串串燈飾，只要其中一個模塊出現(xiàn)問題，串聯(lián)一起的其他模塊便會受到牽連，而且任何一件組件都可影響其他組件的表現(xiàn)。準確一點來說，太陽能光伏系統(tǒng)各部分之間若出現(xiàn)電壓及電流方面的不平衡，便會產(chǎn)生失配問題。其中原因很多，如局部的陰影、移動的浮云、附近物體的反光、光伏組件的不同角度及排列方式、污垢、不同程度的老化、細微的裂縫以及光伏組件之間的溫差都會令系統(tǒng)出現(xiàn)失配。所有太陽能系統(tǒng)都或多或少存在失配的問題，但很多情況下因失配而導致的能源損耗會被忽略或低估。許多獨立的研究顯示，只要有10%的光伏組件被陰影遮蔽，整個系統(tǒng)便會失去高達50%的發(fā)電量。
目前普遍采用的太陽能系統(tǒng)都試圖利用中央逆變器的特殊算法解決這個失配問題。這種稱為最大功率點跟蹤(MPPT)技術(shù)的特殊算法的局限是，逆變器無法深入“看到”每串或每個串聯(lián)一起的光伏組件的情況，因此只能作緩慢而有限的調(diào)整。直到2008年，美國國家半導體成功開發(fā)電源優(yōu)化技術(shù)，并在市場上首次推出這種稱為“電源優(yōu)化器”的集成電路，其特點是充分利用核心的模擬電路技術(shù)及電源管理芯片，在最小的系統(tǒng)單元,即光伏組件的級別上,來盡量提高電能輸出，從而提高太陽能光伏系統(tǒng)的整體效率。
美國國家半導體與尚德公司建立了合作關(guān)系。對于太陽能系統(tǒng)來說，引進集成電路會有增值作用，因為添加電源優(yōu)化器的主要目的是恢復因某一組件受損而失掉的發(fā)電量，以及確保無論白天任一時段或年中任一月份都能盡量提高每一光伏組件的能源效率。
目前市場上有幾種不同的直流/直流電源優(yōu)化器解決方案，我們必須深入研究其分別，因為不同的架構(gòu)有不同的效果。例如，若某一串受損光伏組件內(nèi)某一組件的MPPT必須做出調(diào)整，其他組件中有部分電壓也必須下調(diào)或調(diào)升。這個升/降壓架構(gòu)的優(yōu)點是可以提高發(fā)電量，以及確保系統(tǒng)設計能夠發(fā)揮最高的效率。部分優(yōu)化器只提供降壓功能，雖然從電源轉(zhuǎn)換效率的角度看，這個設計可以發(fā)揮較高的效率，但發(fā)電量則未必能相應提高。此外，部分優(yōu)化器只提供升壓功能，其優(yōu)點是可將組件的電壓提高至與直流線路電壓相等的水平，但缺點是電流較高以及輸入電壓范圍較小，因此較難在有陰影的情況下充分發(fā)揮系統(tǒng)的性能。
電源優(yōu)化器的市場需求持續(xù)增長，而且升勢強勁。系統(tǒng)組件生產(chǎn)商都明白保證性能穩(wěn)定的重要性。引進直流/直流的電源優(yōu)化技術(shù)能提高太陽能系統(tǒng)在整個生命周期內(nèi)的總發(fā)電量，加上本身又有25年的維護保證，那么規(guī)?；南到y(tǒng)安裝公司以及設計、采購、施工(EPC）工程總承包商都會樂意采用這類新一代的太陽能系統(tǒng)。單從技術(shù)的角度看，更高的峰值效率(高達99.5%)、更安全的設計和防盜裝置、以及可與各類逆變器兼容等特性都有助于吸引更多系統(tǒng)安裝公司及工程總承包商(EPC）向家庭及商業(yè)用戶大力推薦采用電源優(yōu)化技術(shù)，并說服他們的客戶為原有或新安裝的系統(tǒng)加設電源優(yōu)化器。
市場上還有另一種采用微逆變器的解決方案。這個方案同樣要面對及解決上述與安裝環(huán)境和性能有關(guān)的問題。太陽能系統(tǒng)若采用微逆變器便無需裝設集中式逆變器，因為微逆變器可以將每一光伏組件輸出的直流電直接轉(zhuǎn)為交流電。微逆變器主要面向家用太陽能系統(tǒng)市場，其市場占有率更一直穩(wěn)步上升，主要的原因是微逆變器易于安裝，而且安裝工程更具靈活性，例如光伏組件的大小沒有特別的規(guī)定，甚至用戶要求怎樣細小也可以。采用微逆變器的另一優(yōu)點是無需加設中央或串聯(lián)式逆變器，而中央或組串式逆變器通常是太陽能系統(tǒng)最脆弱的部分。采用微逆變器方案的另一優(yōu)點是安裝公司可以無需采用高壓直流電纜，因為這類導線常會產(chǎn)生電弧。
若以微逆變器和電源優(yōu)化器的目前售價來看，這些新的解決方案何時才能成為主流方案目前仍然無法下定論。根據(jù)部分報告的預測顯示，未來3年會有10至15%新安裝的太陽能系統(tǒng)將會采用電源優(yōu)化器，而且在未來5年內(nèi)其占有率可能會高達太陽能系統(tǒng)市場的25%。這兩種解決方案于2008年推出市場時每瓦的發(fā)電成本約為0.80至1美元，今年，這兩種解決方案的發(fā)電成本開始出現(xiàn)明顯的下跌，而這樣的成本才真正具有競爭優(yōu)勢。
陰影及失配問題的負面影響已令多家著名公司以及許多新興公司改變其研發(fā)方向，轉(zhuǎn)而研發(fā)新技術(shù)以解決這些實際運行環(huán)境的問題。太陽能光伏系統(tǒng)的問題有點類似一串串燈飾，只要其中一個模塊出現(xiàn)問題，串聯(lián)一起的其他模塊便會受到牽連，而且任何一件組件都可影響其他組件的表現(xiàn)。準確一點來說，太陽能光伏系統(tǒng)各部分之間若出現(xiàn)電壓及電流方面的不平衡，便會產(chǎn)生失配問題。其中原因很多，如局部的陰影、移動的浮云、附近物體的反光、光伏組件的不同角度及排列方式、污垢、不同程度的老化、細微的裂縫以及光伏組件之間的溫差都會令系統(tǒng)出現(xiàn)失配。所有太陽能系統(tǒng)都或多或少存在失配的問題，但很多情況下因失配而導致的能源損耗會被忽略或低估。許多獨立的研究顯示，只要有10%的光伏組件被陰影遮蔽，整個系統(tǒng)便會失去高達50%的發(fā)電量。
目前普遍采用的太陽能系統(tǒng)都試圖利用中央逆變器的特殊算法解決這個失配問題。這種稱為最大功率點跟蹤(MPPT)技術(shù)的特殊算法的局限是，逆變器無法深入“看到”每串或每個串聯(lián)一起的光伏組件的情況，因此只能作緩慢而有限的調(diào)整。直到2008年，美國國家半導體成功開發(fā)電源優(yōu)化技術(shù)，并在市場上首次推出這種稱為“電源優(yōu)化器”的集成電路，其特點是充分利用核心的模擬電路技術(shù)及電源管理芯片，在最小的系統(tǒng)單元,即光伏組件的級別上,來盡量提高電能輸出，從而提高太陽能光伏系統(tǒng)的整體效率。
美國國家半導體與尚德公司建立了合作關(guān)系。對于太陽能系統(tǒng)來說，引進集成電路會有增值作用，因為添加電源優(yōu)化器的主要目的是恢復因某一組件受損而失掉的發(fā)電量，以及確保無論白天任一時段或年中任一月份都能盡量提高每一光伏組件的能源效率。
目前市場上有幾種不同的直流/直流電源優(yōu)化器解決方案，我們必須深入研究其分別，因為不同的架構(gòu)有不同的效果。例如，若某一串受損光伏組件內(nèi)某一組件的MPPT必須做出調(diào)整，其他組件中有部分電壓也必須下調(diào)或調(diào)升。這個升/降壓架構(gòu)的優(yōu)點是可以提高發(fā)電量，以及確保系統(tǒng)設計能夠發(fā)揮最高的效率。部分優(yōu)化器只提供降壓功能，雖然從電源轉(zhuǎn)換效率的角度看，這個設計可以發(fā)揮較高的效率，但發(fā)電量則未必能相應提高。此外，部分優(yōu)化器只提供升壓功能，其優(yōu)點是可將組件的電壓提高至與直流線路電壓相等的水平，但缺點是電流較高以及輸入電壓范圍較小，因此較難在有陰影的情況下充分發(fā)揮系統(tǒng)的性能。
電源優(yōu)化器的市場需求持續(xù)增長，而且升勢強勁。系統(tǒng)組件生產(chǎn)商都明白保證性能穩(wěn)定的重要性。引進直流/直流的電源優(yōu)化技術(shù)能提高太陽能系統(tǒng)在整個生命周期內(nèi)的總發(fā)電量，加上本身又有25年的維護保證，那么規(guī)?；南到y(tǒng)安裝公司以及設計、采購、施工(EPC）工程總承包商都會樂意采用這類新一代的太陽能系統(tǒng)。單從技術(shù)的角度看，更高的峰值效率(高達99.5%)、更安全的設計和防盜裝置、以及可與各類逆變器兼容等特性都有助于吸引更多系統(tǒng)安裝公司及工程總承包商(EPC）向家庭及商業(yè)用戶大力推薦采用電源優(yōu)化技術(shù)，并說服他們的客戶為原有或新安裝的系統(tǒng)加設電源優(yōu)化器。
市場上還有另一種采用微逆變器的解決方案。這個方案同樣要面對及解決上述與安裝環(huán)境和性能有關(guān)的問題。太陽能系統(tǒng)若采用微逆變器便無需裝設集中式逆變器，因為微逆變器可以將每一光伏組件輸出的直流電直接轉(zhuǎn)為交流電。微逆變器主要面向家用太陽能系統(tǒng)市場，其市場占有率更一直穩(wěn)步上升，主要的原因是微逆變器易于安裝，而且安裝工程更具靈活性，例如光伏組件的大小沒有特別的規(guī)定，甚至用戶要求怎樣細小也可以。采用微逆變器的另一優(yōu)點是無需加設中央或串聯(lián)式逆變器，而中央或組串式逆變器通常是太陽能系統(tǒng)最脆弱的部分。采用微逆變器方案的另一優(yōu)點是安裝公司可以無需采用高壓直流電纜，因為這類導線常會產(chǎn)生電弧。
若以微逆變器和電源優(yōu)化器的目前售價來看，這些新的解決方案何時才能成為主流方案目前仍然無法下定論。根據(jù)部分報告的預測顯示，未來3年會有10至15%新安裝的太陽能系統(tǒng)將會采用電源優(yōu)化器，而且在未來5年內(nèi)其占有率可能會高達太陽能系統(tǒng)市場的25%。這兩種解決方案于2008年推出市場時每瓦的發(fā)電成本約為0.80至1美元，今年，這兩種解決方案的發(fā)電成本開始出現(xiàn)明顯的下跌，而這樣的成本才真正具有競爭優(yōu)勢。
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