核心決定速度 太陽能電池系統中功率調節器發展概述

近年來，功率調節器的性能幾乎沒有提高。在盡快實現市電同價（GridParity）的背景下，涉足功率調節器業務的新廠商日益增多。隨著用途的多樣化及功率的擴大，產品的升級換代開始提速。

在太陽能發電系統中，有一種設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。這就是功率調節器。其用途是使太陽能電池最大限度地產生功率，將直流電轉換為交流電。由于居于集合多個太陽能電池模塊的“關鍵”地位，因此導入太陽能發電越多的場所，功率調節器就顯得越為重要。

但是，多數現有功率調節器還都趕不上太陽能電池使用形態的多樣化。這樣下去，功率調節器甚至會發展成為制約太陽能發電發展的阻礙（圖1）。

圖1：圍繞市電同價與功率調節器的三個課題

介紹了對于太陽能發電的“關鍵”裝置——功率調節器而言，大規模導入太陽能電池時存在的技術課題及影響。

不同行業為閉塞狀況注入活力

功率調節器升級換代較慢的原因是因為，功率調節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，太陽能發電系統市場一直以獨戶住宅用品為主，由少數幾家廠商壟斷市場。而且，用戶在選購某一廠商的太陽能電池時，需要同時購買該廠商的功率調節器，沒有選擇的余地。競爭機制無法發揮作用。

直到最近，這種情況才有所改變。原因是隨著太陽能發電系統全球性競爭的加劇，其他行業的企業開始相繼涉足功率調節器業務，為這一領域注入了新的活力。他們瞄準的目標是需求不斷增長的公寓、學校及企業用產品這一新市場。甚至還出現了即使提供獨戶住宅用系統，也會將其他廠商的功率調節器產品與中國或韓國廠商的廉價太陽能電池模塊搭配銷售的工程公司。由于上述這些變化，功率調節器的幾項技術課題也有了解決的眉目，新技術趨勢正在不斷形成。

太陽能電池的功率會消失一成？

功率調節器最應該具備的特性是降低電力損失。

功率調節器的主要功能包括，基于DC-DC轉換的升壓功能、根據日照條件等環境變化使太陽能電池產生最大功率的“最大功率點跟蹤（MPPT）”功能、從直流電到交流電的DC-AC轉換功能，以及與電網聯動的功能。由于可最大限度地發揮太陽能電池產生的電力，所以功率調節器本應不損耗電力，但實際上，有時一成甚至一成以上的電力會在功率調節器進行內部處理的過程中損失掉。

事實上，多數產品的電力轉換效率都在90～95％。從日本的規格來看，這一轉換效率為太陽能電池的功率達到最大（額定值）時的測定值。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，電力轉換效率大大低于額定值的情況居多。

不過，三菱電機屬于例外。該公司開發出了電力轉換效率高達97.5％的功率調節器，除了太陽能電池的轉換效率之外，整個系統的效率也較高。尤其是太陽能電池的功率接近額定值的1/2時，功率調節器的電力轉換效率為98.2％，達到了全球最高水平（圖2）。該公司運用以往面向不間斷電源裝置（UPS）等開發的“調諧控制型逆變器”技術，提高了電力轉換效率。據介紹，三菱電機采用這種方法，使電力損失減少了44％。該公司最近還在100kW級大型功率調節器中采用了該技術，開發出了電力轉換效率達到97.5％的產品。將在2010年度內開始銷售。

圖2：高效率功率調節器

介紹了三菱電機生產的直流交流轉換效率較高的功率調節器的概要。該公司產品的效率比其他公司的普通產品要高（a，b）。通過串聯3臺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級以上大型功率調節器同樣可達到97.5～97.7％的電力轉換效率（額定功率時）。

不過，就連以達到全球最高水平的三菱電機，也在對外銷售功率調節器單品方面抱著謹慎的態度。其原因是，“這樣做此前宣傳的系統整體轉換效率較高的優勢將會失去”（三菱電機太陽能發電系統部長有本智）。

大功率產品不能作為小功率產品使用

現有太陽能電池廠商與三菱電機一樣，并未大幅改變成套銷售系統的業務模式。目前的實際情況是，“日本的獨戶住宅用產品市場由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，不同行業的企業正在相繼涉足公寓、學校及企業用功率調節器市場。比如，日本Reliance便是知名半導體制造裝置企業——愛發科（ULVAC）集團的一員。來自石油行業的新日本石油，以及來自通信行業的OKI，都在面向這一新市場開發產品。

新企業的加入帶來的結果是，功率小于額定值時電力轉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置相當于獨戶住宅1/3左右的太陽能電池。如果公寓使用普通獨戶住宅用功率調節器的話，電力損失就會增大。

圖3：可跟蹤功率的大幅變化