太陽光變頻器(Photovoltaic Inverter, 簡稱PV inverter),或稱太陽能光電轉換器, 可將太陽光電系統所產生的直流電轉換成交流電,並且可直接將太陽能光電池所產生的電能饋入市電,提供使用者的自用電源,或提供給公眾電源。如果用電設施是使用直流電,則不需要裝置Inverter。
太陽光電系統之主要零配件包括:成本佔整個PV系統約50%以上之太陽光電模組、及成本佔約20%之電力調節器(內含濾波器、穩壓器、變頻器、電驛等零元件),其中PV inverter約佔系統成本10~15%。太陽光電模組之主要構成元件為太陽能電池(Solar Cell),而電力調節器之關鍵零組件為變頻器(Inverters)。
◎太陽光變頻器分為三種型式:
1.離線型(off-grid):或稱獨立(stand-alone)型,此種變頻器由電池供電,產生方波或弦波型式的交流輸出,提供獨立系統的用電,具有蓄電池之獨立型產品,但無法與市電併聯。
2.併網型(grid-connected or line-tied):變頻器產生與市電同步的弦波電流輸出,可與市電併聯,將太陽光電池的輸出電能直接轉換為市電,但無法獨立供電。在電力供應穩定的地區,市電併聯型系統不需使用電池進行電能儲備。
3.混和型(hybrid):可與市電併聯也可與電池連接,對特定連接的負載可提供獨立供電,具有不斷電系統(UPS)的功能,當市電斷電時,有如併網型UPS,藉由電池提供電源。
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獨立型(Stand-Alone) |
市電併聯型(Grid- Connected) |
獨立/併聯混合型 |
說明
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使用蓄電池且Inverter無逆送電功能之太陽能發電系統 |
Inverter具有逆送電功能,可操作於併聯模式之太陽能發電系統 |
Inverter具有逆送電功能,同時裝置蓄電池,可操作於併聯模式或獨立模式之太陽能發電系統 |
運作方式 |
白天 PV 發電供負載並充電、夜間由電池供電,可以自給自足(必需搭配蓄電池) |
白天 PV系統併聯發電、夜間由台電供電。方 將市電電力系統當作一個無限大、無窮壽命的免費蓄電池 |
1.平時PV併聯發電、效率高、利用率高、夜間由台電供電
2.視需要建置足夠之防災用電池,長時間停電時白天 PV 發電供負載並充電、夜間由電池供電,適合作為救災用電力來源
3.蓄電池平時(或定時)浮充保養,不需每日深度充放電,壽命可以延長 |
適用地點 |
高山、離島、基地台等市電無法到達處 |
電力可正常送達之地點 |
有防災需求(照明、汲水、通信)之公共設施 |
優缺點 |
缺點:
1.系統設計考慮因素多,如組列、蓄電池容量、負載與陰天日數等安全係數,最佳化設計複雜
2.一般充電控制器無 MPPT,搭配蓄電池使發電效能較差
3.蓄電池每日>50%DOD深度放電、>0.2C充電,壽命短
4.太陽光發電量與負載需求量不搭配時、太陽光之發電能量利用率偏低 (負載需求搭配與安全係數為互相矛盾之設計) |
優點:系統簡單、不需安全係數設計、維護容易。 具最大功率追蹤(MPPT),發電效率高。 太陽光之發電能量利用率高
缺點:
停電時為將自動關機,因而無電可用,無防災功能。 一般併聯型Inverter無法直接搭配蓄電池使用 (具特殊功能者例外)
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缺點: 包含兩種系統建置成本較高,系統較複雜 |
資料來源:SolarPV
三種型式太陽光電變頻器,以併網型PV系統為先進國家PV市場的主流,而台灣PV Inverter的發展,多數偏向於併聯型PV Inverter。當PV與市電的每度電成本接近時,可帶動PV的普及,最快在2013年,美國加州的太陽能每度電成本可降至40美分,接近與市電的35美分。
PV Inverter供應商包括龍頭廠德國SMA、KACO、奧地利Fronius、加拿大Xantrex等代表廠,SMA為全球最大太陽能轉換器供應商,市佔率約為40%~45%。由於PV Inverter與UPS同質性高,切入PV Inverter的廠商,大多在電源供應與電源管理設備有經驗的廠商,國內投入廠商包括電源供應器廠的台達電與全漢、UPS的科風與飛瑞、及漢唐轉投資的盈正。
由於PV inverter涉及用電安全,規定較為嚴格,且併網型使用之PV inverter難度較高,認證通常須時6個月,故新進者短期內將無法快速進入。2010年PV inverter產值將達32億美元,YoY+50%。
根據Solarbuzz全球太陽能光電設備的發電量,在2007年達到歷史新高的2,826 MW,較2006年大幅成長了62%,至2009年全球太陽能光電裝機容量達6.43GW,歐洲國家共安裝4.75GW,佔全球需求量的比例約74%,其中德國、義大利及捷克三個國家的安裝量就達到4.07GW。