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核心决定速度太阳能电池系统中功率调节器发展概述

发布时间:2020-07-21 18:02:44 阅读: 来源:珍珠岩防火隔离带厂家

太阳能电池作为绿色低碳为核心思想的重要能源存贮设备之一,还面临着很多技术上的创新和调整,为了开阔各位工程师的思路,我们将在本周连载来自日本的同行对这一问题心得体会。近年来,功率调节器的性能几乎没有提高。在尽快实现市电同价(GridParity)的背景下,涉足功率调节器业务的新厂商日益增多。随着用途的多样化及功率的扩大,产品的升级换代开始提速。

在太阳能发电系统中,有一种设备尽管与太阳能电池同样重要,但近几年却几乎停止升级换代。这就是功率调节器。其用途是使太阳能电池最大限度地产生功率,将直流电转换为交流电。由于居于集合多个太阳能电池模块的“关键”地位,因此导入太阳能发电越多的场所,功率调节器就显得越为重要。

但是,多数现有功率调节器还都赶不上太阳能电池使用形态的多样化。这样下去,功率调节器甚至会发展成为制约太阳能发电发展的阻碍(图1)。

图1:围绕市电同价与功率调节器的三个课题介绍了对于太阳能发电的“关键”装置——功率调节器而言,大规模导入太阳能电池时存在的技术课题及影响。

不同行业为闭塞状况注入活力

功率调节器升级换代较慢的原因是因为,功率调节器一直是与太阳能电池等捆绑在一起销售的。比如日本在2000年上半年之前,太阳能发电系统市场一直以独户住宅用品为主,由少数几家厂商垄断市场。而且,用户在选购某一厂商的太阳能电池时,需要同时购买该厂商的功率调节器,没有选择的余地。竞争机制无法发挥作用。

直到最近,这种情况才有所改变。原因是随着太阳能发电系统全球性竞争的加剧,其他行业的企业开始相继涉足功率调节器业务,为这一领域注入了新的活力。他们瞄准的目标是需求不断增长的公寓、学校及企业用产品这一新市场。甚至还出现了即使提供独户住宅用系统,也会将其他厂商的功率调节器产品与中国或韩国厂商的廉价太阳能电池模块搭配销售的工程公司。由于上述这些变化,功率调节器的几项技术课题也有了解决的眉目,新技术趋势正在不断形成。

太阳能电池的功率会消失一成?

功率调节器最应该具备的特性是降低电力损失。

功率调节器的主要功能包括,基于DC-DC转换的升压功能、根据日照条件等环境变化使太阳能电池产生最大功率的“最大功率点跟踪(MPPT)”功能、从直流电到交流电的DC-AC转换功能,以及与电网联动的功能。由于可最大限度地发挥太阳能电池产生的电力,所以功率调节器本应不损耗电力,但实际上,有时一成甚至一成以上的电力会在功率调节器进行内部处理的过程中损失掉。

事实上,多数产品的电力转换效率都在90~95%。从日本的规格来看,这一转换效率为太阳能电池的功率达到最大(额定值)时的测定值。如果由于阴天等原因造成输出功率只有额定值的2~3成时,电力转换效率大大低于额定值的情况居多。

不过,三菱电机属于例外。该公司开发出了电力转换效率高达97.5%的功率调节器,除了太阳能电池的转换效率之外,整个系统的效率也较高。尤其是太阳能电池的功率接近额定值的1/2时,功率调节器的电力转换效率为98.2%,达到了全球最高水平(图2)。该公司运用以往面向不间断电源装置(UPS)等开发的“调谐控制型逆变器”技术,提高了电力转换效率。据介绍,三菱电机采用这种方法,使电力损失减少了44%。该公司最近还在100kW级大型功率调节器中采用了该技术,开发出了电力转换效率达到97.5%的产品。将在2010年度内开始销售。

图2:高效率功率调节器

介绍了三菱电机生产的直流交流转换效率较高的功率调节器的概要。该公司产品的效率比其他公司的普通产品要高(a,b)。通过串联3台可输出不同脉冲宽度矩形波的逆变器,大幅减少了滤波器造成的损失(c,d)。

德国SMASolarTechnology的10kW级以上大型功率调节器同样可达到97.5~97.7%的电力转换效率(额定功率时)。

不过,就连以达到全球最高水平的三菱电机,也在对外销售功率调节器单品方面抱着谨慎的态度。其原因是,“这样做此前宣传的系统整体转换效率较高的优势将会失去”(三菱电机太阳能发电系统部长有本智)。

大功率产品不能作为小功率产品使用

现有太阳能电池厂商与三菱电机一样,并未大幅改变成套销售系统的业务模式。目前的实际情况是,“日本的独户住宅用产品市场由3~4家太阳能电池厂商垄断”(日本Reliance代表董事社长石崎淳一)。

另一方面,不同行业的企业正在相继涉足公寓、学校及企业用功率调节器市场。比如,日本Reliance便是知名半导体制造装置企业——爱发科(ULVAC)集团的一员。来自石油行业的新日本石油,以及来自通信行业的OKI,都在面向这一新市场开发产品。

新企业的加入带来的结果是,功率小于额定值时电力转换效率较低的问题得到了不断改善。比如,公寓的每户居民只能设置相当于独户住宅1/3左右的太阳能电池。如果公寓使用普通独户住宅用功率调节器的话,电力损失就会增大。

图3:可跟踪功率的大幅变化

针对这一问题,新日本石油开发出了公寓专用的低功率型功率调节器(图3(a))。额定输出功率为1.2kW,墙壁安装面的尺寸只有A4纸大小。

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