在新能源領域, 太陽能光伏(PV) 市場以30%以上的年增長率在過去10年不斷吸引了眾多投資者。事實上, 開發(fā)太陽能光伏的基本技術早在50年前便已面世，但一直未獲得很大進展。正因如此，目前市場上的光伏模塊及逆變器技術似乎在成本效益及回報上還沒有達到用戶的要求，未被廣泛使用,還需依靠政府補貼。但自從業(yè)界引進DC/DC電源優(yōu)化器以及DC/AC微逆變器等分布式技術后，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)便開始了新一輪技術變革。

太陽能光伏技術的窘境

太陽能光伏系統(tǒng)及集成電路大約都在50年前開始發(fā)展。期間，集成電路在工藝和**技術方面不斷有新的突破，成本也在大幅下降；而太陽能技術僅在效率及穩(wěn)定性方面有所改進。太陽能發(fā)電廠仍然由太陽能光伏模塊陣列組成，這些光伏模塊將陽光轉(zhuǎn)化為直流電能，并由集中式逆變器將直流電轉(zhuǎn)為交流電，然后輸往電網(wǎng)。

圖1采用集中式MPPT技術的并網(wǎng)太陽能光伏系統(tǒng)

整個業(yè)界雖然一直致力于提高發(fā)電量，但這方面的技術研發(fā)工作卻一直以提高太陽能電池的效率為主，或集中開發(fā)有助于提高發(fā)電量的先進生產(chǎn)工藝。但若要將太陽能的發(fā)電成本降低至與傳統(tǒng)電網(wǎng)相當?shù)乃剑鲜鲅邪l(fā)方向預計不會取得理想成果，因為其中涉及的成本往往很高，但效率較低。例如，晶體硅光伏模塊雖然在效率方面有一定幅度的提升(每年約0.5%)，但其它方面的性能基本上與20年前無異。

過去10年來，薄膜光伏模塊的單位發(fā)電成本雖然有明顯下跌，但目前尚未證明這種技術具有長期的穩(wěn)定性。與此同時，由于美國政府為光伏太陽能用戶提供了可觀的補貼，因此，10年來太陽能系統(tǒng)的市場滲透率大幅飆升，新建系統(tǒng)的總發(fā)電量高達10GW以上。2010年新安裝的太陽能光伏系統(tǒng)的總發(fā)電量高達15至17GW。部分國家如德國，更長期為太陽能用戶提供高額的政府電力回購制度(Feed-inTariff,FIT)，極大地拉動了太陽能光伏的市場需求。太陽能光伏產(chǎn)業(yè)面對的挑戰(zhàn)是如何深入了解現(xiàn)有太陽能系統(tǒng)的實際市場環(huán)境以及相關的技術問題，以確保一旦政府停止提供補貼，這個市場仍然可以繼續(xù)高速發(fā)展。

陰影及失配問題

陰影及失配問題已令多家知名公司以及新興公司研發(fā)解決上述問題的新技術。太陽能光伏陣列中，一個模塊出問題，會影響所串聯(lián)的其它模塊，且任何一組串聯(lián)都會影響陣列上的其它串聯(lián)。準確地說，光伏系統(tǒng)若出現(xiàn)電壓及電流方面的不平衡，便會產(chǎn)生失配問題。其中原因很多，如局部的陰影、移動的浮云、附近物體的反光、光伏模塊的不同角度及排列方式、污垢、不同程度的老化、細微的裂縫以及太陽能陣列之間的溫差。所有太陽能系統(tǒng)都或多或少存在失配的問題，但很多情況下因失配而導致的能源損耗會被忽略或低估。許多獨立的研究顯示，即便只有10%的光伏模塊被陰影遮蔽，整個系統(tǒng)的功耗將高達50%。

目前的太陽能系統(tǒng)都試圖利用中央逆變器的特殊算法解決這個失配問題。這種稱為*大功率點跟蹤(MPPT)技術的特殊算法,可以調(diào)整光伏系統(tǒng)直流線路上的電壓，以便捕獲盡可能多的能量。這種方法的局限是，逆變器無法深入“看到”光伏陣列上的模塊和串，因此只能作緩慢而有限的調(diào)整。

電源優(yōu)化器方案

2008年，美國國家半導體**將電源優(yōu)化技術，或稱“電源優(yōu)化器”引入市場。其特點是在光伏模塊上利用核心模擬電路技術及電源管理芯片，提高太陽能光伏系統(tǒng)的輸出效率。

過去一年多，集成電路與太陽能光伏模塊供應商已進一步加強了彼此間的合作。例如，為太陽能系統(tǒng)提供分布式集成電路及電源優(yōu)化器的美國國家半導體，已宣布與全球*大的晶體硅光伏模塊供應商尚德公司(Suntech)建立了合作關系。

對于太陽能系統(tǒng)來說，引進集成電路會有增值作用，因為電源優(yōu)化器的主要目的是恢復因某一模塊受損而失掉的能量，并確保隨時提高每一光伏模塊的能效。電源優(yōu)化器的主要作用是通過MPPT技術提供DC/DC優(yōu)化，研究顯示，電源優(yōu)化器可以在太陽能系統(tǒng)長達25年的壽命周期內(nèi)將能量采集量提高25%。

目前市場上有幾種不同的DC/DC電源優(yōu)化器解決方案，我們必須深入研究其差別，因為不同的架構有不同的效果。例如，當調(diào)整某一受損串內(nèi)模塊的MPPT時，部分模塊的電壓需要下調(diào)，另一部分需要調(diào)升。這個升/降壓架構的優(yōu)點是可以提高能量收集量，并提供*有效的設計方法。部分優(yōu)化器只提供降壓功能，雖然從電源轉(zhuǎn)換效率的角度看，這個設計可以發(fā)揮較高的效率，但能量收集量未必能相應提高。此外，部分優(yōu)化器只提供升壓功能，其優(yōu)點是可將模塊的電壓提高至與直流線路電壓相等的水平，但缺點是電流較高以及輸入電壓范圍較小，因此較難在有陰影的情況下充分發(fā)揮系統(tǒng)的性能。

雖然所有的新技術都需要經(jīng)過一段時間才會獲業(yè)界接受及不斷優(yōu)化，但由于電源優(yōu)化器不但性能可靠，而且芯片商還提供媲美太陽能模塊廠商的保修服務，因此其市場需求持續(xù)增長，而且升勢強勁。模塊廠商都明白，若要產(chǎn)品有較好的銷路，不但要保證工藝，而且還要保證性能穩(wěn)定可靠。引進DC/DC電源優(yōu)化技術能提高太陽能系統(tǒng)在整個生命周期內(nèi)的能量采集量，加上本身又有25年的維護保證，那么規(guī)模化的系統(tǒng)安裝公司以及設計、采購、施工(EPC）承包商都愿意采用這種產(chǎn)品。從技術角度看，更高的峰值效率(高達99.5%)、**性、以及可與各類逆變器兼容等特性，有助于吸引更多系統(tǒng)安裝公司及工程總承包商向家庭及商業(yè)用戶大力推薦采用電源優(yōu)化技術。

系統(tǒng)均衡成本(BOS)對于系統(tǒng)安裝公司及工程總承包商是一個重要的衡量因素。一般來說，他們會對系統(tǒng)的總成本提交一個估價，并保證系統(tǒng)在保修期內(nèi)的性能。表面上看，加裝電源優(yōu)化器會增加成本，但事實上，系統(tǒng)的其它部分可以節(jié)省更多成本，使總成本低于當初的估價。采用基于優(yōu)化器的模塊，系統(tǒng)用戶可安裝集中式逆變器，而不用組串式逆變器。

由于模塊可安裝在整個屋頂上或某個范圍內(nèi)，無需避開阻礙物和陰影，因此工程費用較低，而且還可節(jié)省機架、電纜用量，因為同一面積可以容納更多光伏模塊，串聯(lián)的數(shù)量也不再是問題。

微逆變器方案

采用微逆變器是另一種解決方案，這個方案同樣存在上面提到的安裝和性能問題。光伏系統(tǒng)若采用微逆變器，就沒必要裝集中式逆變器，因為微逆變器可以將每一模塊輸出的直流電直接轉(zhuǎn)為交流電。其主要面向家用太陽能光伏市場，市場占有率一直穩(wěn)步上升，主要原因是易于安裝且更靈活。例如，串聯(lián)的數(shù)量隨需求而定，用戶需要多小的陣列都可以。采用微逆變器方案的另一優(yōu)點是，安裝者可以不用高壓直流電纜，以避免產(chǎn)生電弧，電源優(yōu)化解決太陽能光伏的技術窘境。

從微逆變器和電源優(yōu)化器的目前售價來看，這些新解決方案何時才能成為主流方案還無法下定論。根據(jù)部分報告的預測顯示，未來3年會有10~15%新安裝的太陽能系統(tǒng)采用電源優(yōu)化器，而且未來5年內(nèi)其占有率可能會高達太陽能系統(tǒng)市場的25%。這兩種解決方案于2008年推向市場時，單位發(fā)電成本約為0.80~1.00美元/W。2010年，這兩種解決方案的成本開始出現(xiàn)明顯下跌，并具有競爭優(yōu)勢。

表1微逆變器和電源優(yōu)化器的比較

分布式光伏系統(tǒng)將成主流

分布式光伏系統(tǒng)似乎更受用戶歡迎，這總比等待光伏模塊生產(chǎn)商大幅提高單元或模塊的效率好，因為系統(tǒng)效率才是*值得關注的重要數(shù)據(jù)。由于在終端產(chǎn)品市場各有賣點，電源優(yōu)化器及微逆變器都會被用戶采用。添加了這些電子電路之后，每個模塊都可獨立工作，并達到*大效率。這些解決方案適用于不同的市場及不同的光伏安裝，包括家用及商用系統(tǒng)、新安裝的系統(tǒng)以及準備升級的舊系統(tǒng)。

電源優(yōu)化解決太陽能光伏的技術窘境，新技術若要搶占主流市場，必須符合業(yè)界規(guī)定的質(zhì)量及可靠性標準。*重要的是低風險，且不會輕易發(fā)生故障。因此，市場開始轉(zhuǎn)向模塊集成技術，即“智能面板”，以提升效率。