太陽能逆變器的市場機(jī)遇和挑戰(zhàn):
- 先進(jìn)國家促進(jìn)太陽光電系統(tǒng)發(fā)展
- 發(fā)電效率低,逆變器守住電能損耗
- 逆變器成長強(qiáng),各國發(fā)展各有差異
- 環(huán)境模擬成太陽能發(fā)電幕後功臣
- 系統(tǒng)整合趨勢已然
太陽能逆變器的市場數(shù)據(jù):
- 目前結(jié)晶矽發(fā)電效率仍低於20%
- 低功率逆變器年複合成長率高達(dá)50%
太陽能產(chǎn)業(yè)所能涵蓋的範(fàn)圍相當(dāng)廣泛,從上游的發(fā)電技術(shù)到下游的系統(tǒng)整合服務(wù),都有許多值得討論的地方,然而,不論是結(jié)晶矽或是矽薄膜技術(shù)等,各類發(fā)電技術(shù)都不斷在成本與發(fā)電效率上希望有更進(jìn)一步的突破,但後續(xù)的系統(tǒng)效能、管理與監(jiān)控等,卻也是整體系統(tǒng)中不可忽視的部份,此次專題,將從政策面、太陽能逆變器、MPPT(Maximum Point Power Tracking;最大功率追蹤技術(shù))與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)況等,作一概括式的探討。
風(fēng)力、潮汐或是太陽能等再生能源,全球各國政府皆依其自有的天然資源現(xiàn)況,各自提出相關(guān)政策,最主要的原因,仍然在於使用石油後的產(chǎn)物如濃煙、油污等對於環(huán)境的嚴(yán)重破壞,再者,石油存量畢竟有限,必須盡快找出替代方案以解決未來石油不足之問題。
亦有相關(guān)人士認(rèn)為,核能發(fā)電不僅建置成本高,幅射線亦對人體有害,雖然有完善的保護(hù)措施,若一旦發(fā)生公安問題,對於周圍生態(tài)將會(huì)造成重大傷害??剂康街T多因素之下,再生能源的發(fā)展便成為時(shí)下相當(dāng)熱門的話題。
先進(jìn)國家政策帶頭 太陽光電系統(tǒng)比例漸增
在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)先的國家或是區(qū)域,太陽能發(fā)電在眾多再生能源中,成為產(chǎn)官學(xué)研努力的首要目標(biāo),像是德國、西班牙與日本等國家都對於太陽能發(fā)電都投入相當(dāng)多的資源,美國在歐巴馬上任後,亦有擬定太陽能等再生能源相關(guān)政策,希望帶動(dòng)國內(nèi)產(chǎn)業(yè)與經(jīng)濟(jì)復(fù)甦。
國際研究暨顧問機(jī)構(gòu)Gartner與太陽能電力協(xié)會(huì)(Solar Electric Power Association,SEPA)合作的調(diào)查報(bào)告指出,在美國公共事業(yè)單位中,已有44%的比例開始使用太陽光電資源,另外則有33%則考慮未來五年內(nèi)會(huì)開始採用太陽光電發(fā)電系統(tǒng)。在德國方面,75%受訪的公共事業(yè)單位目前已在能源組合中納入太陽光電系統(tǒng)。另外也有15%的比例,表示考慮在未來五年內(nèi)採用太陽光電系統(tǒng)。這情況大致反映了德國政府過去10年來支持可再生能源所做的努力。由此可見,目前各國政府仍然是扮演再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要推手。
發(fā)電效率仍有瓶頸 逆變器守住電能損耗
不過,在各國政府的推波助瀾下,太陽能產(chǎn)業(yè)雖然呈現(xiàn)一片欣欣向榮的面貌,但問題在於,即便是目前最為普遍的結(jié)晶矽發(fā)電技術(shù),其發(fā)電效率仍低於20%,雖然各技術(shù)陣營不斷尋求技術(shù)突破,但畢竟需要龐大資金與時(shí)間來換取,不僅曠日廢時(shí),在資金的投入上也相當(dāng)驚人。
就太陽能整體系統(tǒng)的角度來思考,扣除發(fā)電系統(tǒng)不談,後續(xù)的逆變器系統(tǒng),佔(zhàn)整體發(fā)電成本約10至15%的成本左右,雖然比例不高,但在整體系統(tǒng)中亦是相當(dāng)重要的一環(huán)。(圖1)便指出,各國政府採取補(bǔ)貼政策,連帶使太陽能逆變器的需求大增,不過,由於各類發(fā)電技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率都不到20%,因此後續(xù)的逆變器系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率的表現(xiàn)就相當(dāng)重要,如何有效保住發(fā)電系統(tǒng)的電能,並加以轉(zhuǎn)換,就是逆變器系統(tǒng)相當(dāng)重要的課題。
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逆變器成長強(qiáng) 各國發(fā)展各有差異
高鴻翔進(jìn)一步談到,逆變器系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r大致上與全球太陽能光電市場發(fā)展同步,在地域性上,仍以歐洲地區(qū)為主,若以全球各大逆變器廠商的產(chǎn)能規(guī)模表現(xiàn)來看,目前排名前五名的業(yè)者皆為歐洲業(yè)者,其中德國業(yè)者亦佔(zhàn)了三個(gè)名額,這也大略也說明了歐洲地區(qū)對於太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的重視程度遠(yuǎn)高於其他地區(qū)(表一)。
若以發(fā)電功率而言,高鴻翔也表示,低功率逆變器在未來五年的年複合成長率高達(dá)50%,至於在中功率方面,也就是一般住家或是企業(yè)屋頂?shù)陌l(fā)電用的逆變器系統(tǒng),則約為30%,在大功率方面,也就是發(fā)電廠等級所使用的逆變器,則有20%的表現(xiàn)。
施耐德電機(jī)市場行銷部產(chǎn)品經(jīng)理龔柏丞(圖2)談到,若以一般住家與電廠兩種等級的逆變器發(fā)展來看,雖然功率等級不同,但由於各國政府依其各自的國情皆有不同的補(bǔ)助政策,諸如賣電交易或是其他補(bǔ)助等,因此整體來看,一般住宅或是電廠等級的逆變器系統(tǒng)皆有相當(dāng)明顯的成長,只是因政策不同的緣故,各國逆變器系統(tǒng)的成長狀況也會(huì)有所差異。
龔柏丞強(qiáng)調(diào),一般樓宇的發(fā)電系統(tǒng),由於建置面積不大的緣故,若要讓政府進(jìn)行回購,是相對不符成本效益的,以美國的發(fā)展現(xiàn)況而言,時(shí)常可見到建置規(guī)模與面積相當(dāng)龐大的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際案例,其最終目的,仍然是要降低發(fā)電的單位成本,以符合實(shí)際營運(yùn)需求。廣泛而言,目前太陽能發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域上,仍然是以電廠居多,故較不考慮儲(chǔ)能應(yīng)用,至於在偏遠(yuǎn)地區(qū),大部份由於距離較遠(yuǎn),用電有限的情況下,儲(chǔ)能系統(tǒng)才會(huì)有比較大的發(fā)揮空間。
就歐美的法規(guī)面來說,由於美國法令強(qiáng)制將變壓器導(dǎo)入在逆變器系統(tǒng)中,因此在轉(zhuǎn)換效率較歐規(guī)系統(tǒng)為低,普遍在95%左右,不過此一規(guī)定可以在系統(tǒng)運(yùn)作時(shí),避免系統(tǒng)因過大的電壓而受到影響,對於逆變器而言,有保護(hù)的功能性存在。但從系統(tǒng)效率來看,95%可說是基本的門檻,一般逆變器的業(yè)者皆有能力可以達(dá)到此一水準(zhǔn)。
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環(huán)境模擬成太陽能發(fā)電幕後功臣
美國國家儀器行銷業(yè)務(wù)暨綠能專案工程師林廣哲(圖3)指出,太陽能發(fā)電系統(tǒng)自上游發(fā)電技術(shù)到整體系統(tǒng)的整合,其過程需要注意到很多的環(huán)節(jié),就量測業(yè)者的角度來看,不論是從結(jié)晶矽或是薄膜等發(fā)電技術(shù)來看,雖然發(fā)電效率與技術(shù)成本不同,系統(tǒng)業(yè)者在技術(shù)選擇上,仍需視當(dāng)?shù)丨h(huán)境狀況,選擇最為適宜的解決方案為優(yōu)先。
就現(xiàn)行的太陽能發(fā)電的各類技術(shù)而言,不論是結(jié)晶矽、薄膜或是砷化鎵等技術(shù),在整體系統(tǒng)完成建置後,系統(tǒng)仍須針對實(shí)際環(huán)境作出有效偵測,以讓發(fā)電系統(tǒng)隨時(shí)處於發(fā)電效率的最高峰,來降低發(fā)電成本。
以聚光型太陽能電池來說,雖然其發(fā)電技術(shù)採用砷化鎵來發(fā)電,但由於採用追日系統(tǒng),整體系統(tǒng)便可時(shí)時(shí)處在轉(zhuǎn)換效率的高峰。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上,就必須針對當(dāng)?shù)丨h(huán)境的氣候資料,如溫度、溼度、日照強(qiáng)度、日射角度等,作有效的收集,以讓系統(tǒng)進(jìn)行有效的環(huán)境模擬,同時(shí)觀察發(fā)電系統(tǒng)的I/V曲線(電流/電壓)的變化並加以記錄。因此,不同的環(huán)境因素,對於太陽能發(fā)電系統(tǒng)來說,就成為最為重要的關(guān)鍵。
系統(tǒng)整合趨勢已然 臺灣業(yè)者亦有一席之地
綜觀整個(gè)太陽能產(chǎn)業(yè),從最上游的原料提煉、發(fā)電技術(shù)的突破到最下游的系統(tǒng)服務(wù),幾乎臺灣業(yè)者皆有參與其中。高鴻翔便提到,臺灣逆變器業(yè)者在資訊產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)上,從桌上型、筆記型逆變器與UPS,隨著全球太陽光電市場成長而跨入太陽能逆變器領(lǐng)域。
雖然在製造與系統(tǒng)整合上的難度不高,臺灣亦有業(yè)者扮演代工角色,但不管為何,由於各國法令不一而足,如何了解各國當(dāng)?shù)胤钕拗苼K進(jìn)一步提供合適系統(tǒng)與服務(wù),像是提供25年左右的保固期,取得認(rèn)證等便成為臺灣業(yè)者需要面臨的課題。
龔柏丞指出,臺灣業(yè)者的業(yè)務(wù)型態(tài)一向絕大多數(shù)皆以外銷為主要,由於發(fā)電模組佔(zhàn)整體系統(tǒng)成本的比例較高,臺灣亦有許多發(fā)電模組業(yè)者意欲與逆變器業(yè)者合作,整合成完整的發(fā)電系統(tǒng)(圖4),向國外銷售,因此,施耐德電機(jī)也有與一些臺灣業(yè)者的合作計(jì)畫在執(zhí)行,對施耐德電機(jī)來說,若只以代理商與臺灣業(yè)者合作,臺灣方面不僅在相關(guān)技術(shù)的整合上相對費(fèi)時(shí),對於國外狀況的掌握也相對不易,直接在臺灣設(shè)立分公司,與臺灣業(yè)者作進(jìn)一步的討論,反而是有效率的方式。同時(shí),施耐德電機(jī)也會(huì)提供在全球的服務(wù)經(jīng)驗(yàn)供臺灣業(yè)者參考。