核心決定速度 太陽能電池系統(tǒng)中功率調(diào)節(jié)器發(fā)展概述

近年來，功率調(diào)節(jié)器的性能幾乎沒有提高。在盡快實(shí)現(xiàn)市電同價(jià)（GridParity）的背景下，涉足功率調(diào)節(jié)器業(yè)務(wù)的新廠商日益增多。隨著用途的多樣化及功率的擴(kuò)大，產(chǎn)品的升級換代開始提速。

在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，有一種設(shè)備盡管與太陽能電池同樣重要，但近幾年卻幾乎停止升級換代。這就是功率調(diào)節(jié)器。其用途是使太陽能電池最大限度地產(chǎn)生功率，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。由于居于集合多個(gè)太陽能電池模塊的“關(guān)鍵”地位，因此導(dǎo)入太陽能發(fā)電越多的場所，功率調(diào)節(jié)器就顯得越為重要。

但是，多數(shù)現(xiàn)有功率調(diào)節(jié)器還都趕不上太陽能電池使用形態(tài)的多樣化。這樣下去，功率調(diào)節(jié)器甚至?xí)l(fā)展成為制約太陽能發(fā)電發(fā)展的阻礙（圖1）。

圖1：圍繞市電同價(jià)與功率調(diào)節(jié)器的三個(gè)課題

介紹了對于太陽能發(fā)電的“關(guān)鍵”裝置——功率調(diào)節(jié)器而言，大規(guī)模導(dǎo)入太陽能電池時(shí)存在的技術(shù)課題及影響。

不同行業(yè)為閉塞狀況注入活力

功率調(diào)節(jié)器升級換代較慢的原因是因?yàn)椋β收{(diào)節(jié)器一直是與太陽能電池等捆綁在一起銷售的。比如日本在2000年上半年之前，太陽能發(fā)電系統(tǒng)市場一直以獨(dú)戶住宅用品為主，由少數(shù)幾家廠商壟斷市場。而且，用戶在選購某一廠商的太陽能電池時(shí)，需要同時(shí)購買該廠商的功率調(diào)節(jié)器，沒有選擇的余地。競爭機(jī)制無法發(fā)揮作用。

直到最近，這種情況才有所改變。原因是隨著太陽能發(fā)電系統(tǒng)全球性競爭的加劇，其他行業(yè)的企業(yè)開始相繼涉足功率調(diào)節(jié)器業(yè)務(wù)，為這一領(lǐng)域注入了新的活力。他們瞄準(zhǔn)的目標(biāo)是需求不斷增長的公寓、學(xué)校及企業(yè)用產(chǎn)品這一新市場。甚至還出現(xiàn)了即使提供獨(dú)戶住宅用系統(tǒng)，也會(huì)將其他廠商的功率調(diào)節(jié)器產(chǎn)品與中國或韓國廠商的廉價(jià)太陽能電池模塊搭配銷售的工程公司。由于上述這些變化，功率調(diào)節(jié)器的幾項(xiàng)技術(shù)課題也有了解決的眉目，新技術(shù)趨勢正在不斷形成。

太陽能電池的功率會(huì)消失一成？

功率調(diào)節(jié)器最應(yīng)該具備的特性是降低電力損失。

功率調(diào)節(jié)器的主要功能包括，基于DC-DC轉(zhuǎn)換的升壓功能、根據(jù)日照條件等環(huán)境變化使太陽能電池產(chǎn)生最大功率的“最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）”功能、從直流電到交流電的DC-AC轉(zhuǎn)換功能，以及與電網(wǎng)聯(lián)動(dòng)的功能。由于可最大限度地發(fā)揮太陽能電池產(chǎn)生的電力，所以功率調(diào)節(jié)器本應(yīng)不損耗電力，但實(shí)際上，有時(shí)一成甚至一成以上的電力會(huì)在功率調(diào)節(jié)器進(jìn)行內(nèi)部處理的過程中損失掉。

事實(shí)上，多數(shù)產(chǎn)品的電力轉(zhuǎn)換效率都在90～95％。從日本的規(guī)格來看，這一轉(zhuǎn)換效率為太陽能電池的功率達(dá)到最大（額定值）時(shí)的測定值。如果由于陰天等原因造成輸出功率只有額定值的2～3成時(shí)，電力轉(zhuǎn)換效率大大低于額定值的情況居多。

不過，三菱電機(jī)屬于例外。該公司開發(fā)出了電力轉(zhuǎn)換效率高達(dá)97.5％的功率調(diào)節(jié)器，除了太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率之外，整個(gè)系統(tǒng)的效率也較高。尤其是太陽能電池的功率接近額定值的1/2時(shí)，功率調(diào)節(jié)器的電力轉(zhuǎn)換效率為98.2％，達(dá)到了全球最高水平（圖2）。該公司運(yùn)用以往面向不間斷電源裝置（UPS）等開發(fā)的“調(diào)諧控制型逆變器”技術(shù)，提高了電力轉(zhuǎn)換效率。據(jù)介紹，三菱電機(jī)采用這種方法，使電力損失減少了44％。該公司最近還在100kW級大型功率調(diào)節(jié)器中采用了該技術(shù)，開發(fā)出了電力轉(zhuǎn)換效率達(dá)到97.5％的產(chǎn)品。將在2010年度內(nèi)開始銷售。

圖2：高效率功率調(diào)節(jié)器

介紹了三菱電機(jī)生產(chǎn)的直流交流轉(zhuǎn)換效率較高的功率調(diào)節(jié)器的概要。該公司產(chǎn)品的效率比其他公司的普通產(chǎn)品要高（a，b）。通過串聯(lián)3臺(tái)可輸出不同脈沖寬度矩形波的逆變器，大幅減少了濾波器造成的損失（c，d）。

德國SMASolarTechnology的10kW級以上大型功率調(diào)節(jié)器同樣可達(dá)到97.5～97.7％的電力轉(zhuǎn)換效率（額定功率時(shí)）。

不過，就連以達(dá)到全球最高水平的三菱電機(jī)，也在對外銷售功率調(diào)節(jié)器單品方面抱著謹(jǐn)慎的態(tài)度。其原因是，“這樣做此前宣傳的系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)換效率較高的優(yōu)勢將會(huì)失去”（三菱電機(jī)太陽能發(fā)電系統(tǒng)部長有本智）。

大功率產(chǎn)品不能作為小功率產(chǎn)品使用

現(xiàn)有太陽能電池廠商與三菱電機(jī)一樣，并未大幅改變成套銷售系統(tǒng)的業(yè)務(wù)模式。目前的實(shí)際情況是，“日本的獨(dú)戶住宅用產(chǎn)品市場由3～4家太陽能電池廠商壟斷”（日本Reliance代表董事社長石崎淳一）。

另一方面，不同行業(yè)的企業(yè)正在相繼涉足公寓、學(xué)校及企業(yè)用功率調(diào)節(jié)器市場。比如，日本Reliance便是知名半導(dǎo)體制造裝置企業(yè)——愛發(fā)科（ULVAC）集團(tuán)的一員。來自石油行業(yè)的新日本石油，以及來自通信行業(yè)的OKI，都在面向這一新市場開發(fā)產(chǎn)品。

新企業(yè)的加入帶來的結(jié)果是，功率小于額定值時(shí)電力轉(zhuǎn)換效率較低的問題得到了不斷改善。比如，公寓的每戶居民只能設(shè)置相當(dāng)于獨(dú)戶住宅1/3左右的太陽能電池。如果公寓使用普通獨(dú)戶住宅用功率調(diào)節(jié)器的話，電力損失就會(huì)增大。

圖3：可跟蹤功率的大幅變化