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    太阳能电池系统的关键——功率调节器快速发展(下)

    访问: 光伏动态 来源:环保信息网 2010-07-30收藏本页 信息来至互联网,仅供参考

      用通信用DSP进行电源控制

      OKI则与新日本石油相反,开发出了最大180kW级的企业用大型功率调节器(图3(b))注3)。由于大型功率调节器的额定功率较大,因此低功率时的电力损失也不容忽视。DC-DC转换器的损失尤其多。

      注3)截止2010年1月,OKI与JFE电制的共同实证试验还在实施之中,据介绍将在不久的将来开始供货。除了日本国内市场之外,还打算销往海外。

      OKI针对这一问题而采取的措施是,使用多台小型DC-DC转换器,根据输出功率大小使所需数量的DC-DC转换器并联运行。具体方法是,为10kW级的功率调节器配备16个625W级的DC-DC转换器。以4个转换器为一单位,采用数字信号处理器(digital signal processing,DSP)进行控制。据该公司介绍,这种方法与使用一台大型DC-DC转换器相比,低功率时的电力转换效率提高了近10%。

      OKI将多个10kW级功率调节器单元组合在一起,实现了最大180kW级的产品。据该公司介绍,通过使一个单元具备管理其他单元的能力,实现了功率规模的扩大。

      通过分散型产品实现系统优化

      新日本石油与OKI的共同点是,采用了以小型产品为单位重新构筑系统的创意。在此基础上,便能够开发出功率调节器功能分散化技术,以及旨在提高整个太阳能发电系统“MPPT效率”*的技术。在海外,关注这一点的半导体厂商及风险企业非常多。

      *MPPT效率=表示实际输出功率控制与理想性MPPT的接近程度有多大的指标。

      其中之一便是美国国家半导体(National Semiconductor)。该公司已从2009年11月开始供货连接至每个太阳能电池模块的DC-DC转换器“SolarMagic”。国家半导体强调,采用这种转换器,“最多可使整个系统的发电量提高45%”。

      SolarMagic的功能是,当模块的部分功率降低时,可防止整个系统的电流降低(图4)。具体而言,该产品可降低因树木或建筑物的遮挡而造成功率下降的模块的电压,从而使电流保持在与输出功率下降前相同的水平,防止一个模块的问题影响到整个系统。


    图4:太阳能电池模块的功能越来越多

      介绍了多个太阳能电池模块中的部分模块发生故障时的两种解决方法。(a)为二极管中采用旁路电路的方法。这种方法可避免一个故障导致整个系统效率下降。(b)为防止模块输出电流降低的方法。

      但是,从优化整个系统的输出功率这一角度来说,光有这种功能还不够。这是因为可产生最大输出功率的电流及电压一般因模块不同而异。太阳能电池模块有一个可达到最大输出功率的电流电压组合值“最大功率点(MPP)”(图5)。而且,当日照强度发生变化时,最大功率点也会移动。可根据其移动来调整电压及电流的功能就是MPPT。要发挥太阳能电池的性能,该功能必不可少。


    图5:模块的安装场所受到严格限制

      太阳能电池模块输出的电流I和电压V有一定关系。因此,要获得最大输出功率,需要选择IV达到最大值的“最大功率点(MPP)”(a)。在日照强度不同的多个模块中,各模块的MPP不一致,因此无法获得原本应有的输出功率(b)。

      日照强度因模块不同而异,最佳电流值和电压值也会因模块不同而产生差别。因此,如果为贪图发电量而在山墙,以及朝南以外的东西北向屋顶上安装太阳能电池模块的话,MPPT就无法发挥作用,导致整个系统的输出功率大幅降低。

      太阳能电池可变成“交流电源”?

      作为解决这一问题的对策,有人提出了分别为各个太阳能电池模块安装功率调节器功能的方法注4)。目前已有10多家海外风险企业推出了产品(图6)注5)。


    图6:分散型功率调节器各有优缺点

      为了避免发生最大功率不一致的问题,可采用在太阳能模块中安装功率调节器的部分或全部功能的方法(a,b)。虽然通过这种方法可增加好几个优点,但目前价格还比较高,而且耐久性等方面令人担忧。

      注4)日本以前就有名为“带升压电路的接线盒”、每个太阳能电池模块的串联群组都具备MPPT功能的产品。不过,存在的问题是接线盒本身的电力损失就达3%左右。

      注5)比如,美国Accurate Solar Power、美国Enphase、英国Enecsys及美国SolarBridge Technologies公司等。

      这样,由于各个模块都能发挥MPPT的功能,因此一个模块的故障不会影响到整个系统。另外,由于各个模块输出的电力均可变成交流电,因此可将其提供的电力轻松接入家庭内的电线或电网。还能够混合使用厂商及功能不同的模块,并可大幅放宽安装位置的限制条件等。因单个功率调节器的尺寸非常小,因此被称为“微型逆变器”,而安装这种功率调节器的太阳能电池模块则被称为“AC模块”。

      2013年微型逆变器市场规模将达到1GW

      微型逆变器同样也存在很多问题。因此,AC模块的创意虽已提出10多年,却一直未能走上实用化道路。

      这些课题包括,①微型逆变器的价格未能充分降低,与原来使用一台功率调节器时相比,系统价格较高;②微型逆变器与太阳能电池模块一样,会遭受风吹日晒雨淋,需要具备更高的耐久性。

      即便如此,微型逆变器的价格仍在不断下降。最近,美国德州仪器面向微型逆变器开发出了功能更为集中的32bit微控制器“Piccolo”系列,单价约为2美元,“价格比原来的多功能控制器降低了1/3~1/5”(德州仪器日本)。只要价格降低,就有可能成为来自于海外市场的大技术趋势。有调查公司预测称,“2013年微型逆变器市场规模将会达到7亿美元,可安装于1GW的太阳能电池模块”(英国IMS Research)。(全文完,记者:野泽 哲夫)


    标签:光伏 光复能 太阳能

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