整合太陽能發電周邊技術 提升光電轉換效率

在大？中型太陽能發電廠部署上，已有導入HCPV提升整體發電效益，與降低維運成本。Amonix

建置太陽能發電系統，對使用者而言大多期待其光電轉換效率越高越好，尤其在太陽能電池板的轉換效率有限的前提下，如果在電力輸配線、逆變器、連接器等各個環節，產生過多能源耗損，也會對整體發電性能產生影響，如何有效提高太陽能發電效益達到趨近於市電同價目標，已成為相關業者的市場競爭關鍵…

尋求高效益的潔淨能源，已是目前全球能源短缺問題下最重要的議題，觀察現有其他能源產生方式，如風力、潮汐、太陽能等，以太陽能發電產業較具可開發效益，從太陽能電池板、連接器、電力輸送線路到逆變器(Inverter)等電力應用與轉換設備，在周邊技術發展已具一定成熟度。

太陽能發電周邊產業競爭激烈

為了提高設備的使用效益，達到趨近「市電同價」目標，傳統發電效益不彰的固定型太陽能電池設置方案，會逐步轉向整合智能環境因素分析、搭配各式提升光電轉換效率的技術方案，同時，由於全球景氣發展趨緩，歐美政府的太陽能補貼政策也逐步限縮範圍與規模，導入太陽能發電系統再也不能僅著眼於還有政策補貼挹注的附加效益，必須更謹慎評估投入成本與回收效益，此也相對刺激智慧型太陽能發電系統的市場需求。

在提升太陽能發電系統的光電轉換效率方面，對具有高光電轉換效率的高聚光型太陽能技術(High Concentrating solar Photovoltaic；HCPV)，與搭配對應可提升發電能源轉換效率的功率優化器(Optimizer)，已經成為各太陽能發電系統研發業者關注的焦點，透過智能功能搭配新整合概念，提供更具效益的太陽能發電解決方案。

從市場面觀察，太陽能發電周邊產業，受到這幾年全球經濟問題衝擊影響，各國的潔淨能源補貼措施也陸續出現補貼限縮與需求趨緩現象，市場中一線的太陽能電池廠的產量最先產生供過於求現象，在市場自由競爭下二線太陽能電池廠也受到強烈波及、現況岌岌可危，加上歐洲市場需求顯著降低，太陽能電池與周邊產業業者已有減產動作因應，但原有的庫存壓力也將使價格問題更加嚴峻。

但若是相關周邊產品落入價格戰，對太陽能發電周邊產業來說並非好事，因市場長期削價競爭下，首波恐會衝擊規模較小、產能相對較低的中？小型廠商，太陽能發電周邊業者必須自提升發電技術、改善轉換效率與設備使用效益，進一步強化產品競爭力。

HCPV可以顯著改善太陽能發電效能

目前較熱門的HCPV發電系統中，改善太陽能光電轉換發電效率的方案相當多，例如以砷化鎵作為太陽能電池原料的電池板，搭配先進的物理聚光技術、智能追日系統，再整合太陽能電池微型化設計方案，改善設備裝機坪效等諸多方式，進而強化太陽能發電系統的整體發電成本結構，突破現有依賴政策補貼才能回本的舊太陽能發電系統佈建思維，以高能源轉換效率優勢優化系統的發電成本，而在享受更高轉換率的太陽能發電效益外，裝設業者亦可獲得產品生產過程中相對較低的碳稅負擔成本。

尤其在環保意識抬頭下，碳稅評估已經醞釀成為相關高汙染能源使用管制的手段之一，以現行燃煤、天然氣、核能等能源發電技術，對天然環境的破壞性相當大，若再加入碳稅評估要求，將使透過燃煤、天然氣、核能等能源發電的每度電力產生成本大幅提升！

此時企業若轉用排碳量相對更低的天然風力、水力、潮汐或太陽能這類再生能源進行發電，往往會因為發電效率受天候、環境影響，同時發電量又相對不穩定或無法應付生產用電尖峰提供穩定電力等缺陷限制。但太陽能發電如果導入HCPV發電系統，透過高轉換效率與智能發電控制機制，將可在低碳發電優勢下提供相對穩定、高效益的潔淨再生能源電力來源。

CPV利用光學與物理配件  改善單位電池板的能源轉換效率

在聚光型太陽能(Concentrating solar photovoltaic；CPV)發電系統中，所使用的砷化鎵、鍺和磷鎵…等III-V族太陽能電池板產品，一般可使用多接面電池設計架構吸收太陽光中的不同光譜能量特性，透過吸收到更多的日照能量進而達到更高的光電能量轉換基礎。

而在供應量增加的前提下，自然可大幅提升太陽能電池的光電轉換效率，在聚光型太陽能CPV發電系統若又以高聚光型太陽能技術HCPV進行發電系統整合，亦可將發電效率進一步大幅提升，像是使用大面積光學透鏡、聚光型光學反射鏡，使天然的太陽日照可以透過光學輔助系統積聚在小面積之太陽能電池板表面，大幅減低單價極高的太陽能電池板使用面積與用量，同時又可大幅增加有限系統設置空間的光電轉換效率水準。

不僅如此，除透過光學的聚焦、反射等手段集中日照太陽光能量進行轉換外，在HCPV太陽能發電系統還可同時搭配雙軸或單軸制動之追日系統，在HCPV搭配追蹤太陽運行方向持續提升太陽能發電系統運作期間均維持最佳日照狀態，讓發電系統機具可獲得最高的使用效率，同時HCPV再利用高效散熱設計改善太陽能光電轉換期間因電池板高熱而導致光電轉換率下滑問題，使整個高聚光型太陽能技術HCPV發電系統維持在最佳運行與能量轉換效益，進而逐步接近市電同價目標。

檢視目前HCPV太陽能發電系統的現況，一般在HCPV的太陽能電池模組可達到的光電轉換效率已有30%~35%水準，這已較單晶矽、多晶矽太陽能電池模組之光電轉換效率高上一倍左右，但實際上HCPV的發電系統成本因為整合較多智能控制設備，成本仍較傳統太陽能發電設施來得高，儘管如此，HCPV太陽能發電系統若換算每度電發電成本，卻仍具備相當高的競爭力，HCPV太陽能發電系統目前已有大？中型發電廠導入運轉使用。

導入功率優化器  發電效率與管理效能均可提升

HCPV另可搭配功率優化器進一步改善光電轉換效率，同時將逆變器功能簡化來降低發電系統的維護成本，而功率優化器可讓每一組太陽能電池板的發電單元，均可發揮至最佳發電效能，同時透過智能分析與監控掌握太陽能電池板的耗損現況，除可實踐智慧型太陽能發電系統的建置目標，同時也可讓發電系統更容易維護管理，持續發揮其最大的建置效益。

至於傳統太陽能發電機組，為了節省成本會選擇使用集中型逆變器進行系統部署，但實際上集中式逆變器在最佳功率點追蹤(Maximum Power Point Tracking；MPPT)方面，為同時以批量(一次管理十幾組太陽能電池)的形式進行最佳功率追蹤點分析與調校，導致於MPPT的誤差較大、效益相對較無法顯現，同時這類設置部署方式也無法即時了解發電系統的電池板健康狀態。

新一代的太陽能發電系統部署方式則可透過功率優化器來進行改善，功率優化器是設置於發電系統與逆變器之間的智能裝置，功能為改善逆變器的最佳功率點追蹤功能，使單一太陽能電池對應一組功率優化器進行配置，進行高效能最佳功率點追蹤掃描，使每一個太陽能電池板均可達到其對應之最佳功率點追蹤運作狀態。

另一個好處是，功率優化器還可附加通訊晶片整合電池狀態監控功能，當太陽能電池模組出現使用異狀時，即可透過網絡向管理系統回報設備問題，改善傳統太陽能發電機組故障不易查知問題。