綠色能源與電源管理/UPS輯:PV Inverter

PV Inverter ∼ 太陽能併網發電的關鍵

電子月刊,187期,20112

主編:鄒應嶼

 

主編簡介:

鄒應嶼先生,交通大學電子研究所博士。

現任交通大學電機與控制工程系教授、前瞻電力電子中心主任。

曾任職於工研院電子研究所、美國維琴尼亞理工學院電力電子中心訪問學者、交通大學電機與控制工程研究所所長、工研院、中科院、同步輻射中心顧問、國科會、經濟部、與專利局計畫審查委員、IEEE論文審查委員、並歷經國內多家科技公司之技術諮詢顧問。

 


專輯前言

    目前綠色再生能源的主要兩個來源是風力與太陽能。

    風力發電系統的大型化可降低其每千瓦小時的發電成本,因此朝向大型化的方向發展,從目前1-2MW的單組風力發電系統,朝向未來3-5MW的方向發展。

    太陽能發電系統由於太陽光模組(PV Module)具有可組合的特性,可根據裝置容量的需求來進行最佳效率的組合,可適用大小不同容量的需求,並與風力發電系統整合,構成一個結合風力與太陽能的再生能源電廠。

    再生能源所產生的電力必須加以儲存或饋入電網才能加以利用,太陽光變頻器(PV Inverter)的功能是將太陽光模組(PV Module)產生的直流電轉換為交流電。若是將電能先儲存至電池,再轉換為與市電相同的交流電,稱之為獨立型變頻器;直接將電能饋入電網的,則稱之為併網型變頻器;同時具有兩者之功能則稱之為混和型變頻器。以家用住宅為對象的3-5kW併網型變頻器將是未來市場最龐大、競爭最激烈的產品。

    每一個太陽光模組所產生的電力,都必須藉由太陽光變頻器才能轉換成可使用的交流電,因此,PV Inverter不僅隨著太陽能發電的市場成等比例的成長。同時因為其扮演著系統整合的角色,可以提供諸如電力監控、管理、計費等額外的電能管理服務,相關的電腦網路資訊服務也必須藉由PV Inverter才能提供電力資訊的管理與服務。此外,太陽光變頻器的系統裝置廠商也必須負責後續的維修、服務與擴充安裝。因此太陽光變頻器不僅扮演著綠色功能系統整合的角色,更是綠色電能是否可靠與發揮整合效益的關鍵產品。

   太陽光變頻器的系統整合必須結合電力電子、自動控制、網路資訊等技術以發揮其整合效益,而其降低成本與提高可靠度則必須進一步的整合半導體功率模組、電源管理IC、磁性元件、高效能電容的發展。目前太陽能發電技術與產品的發展可以說僅僅處於萌芽階段,未來仍有廣大的發展與改善空間。隨著全球對綠色能源的需求,太陽光變頻器的產品與技術都將持續快速成長,建構一個分散式可自我維持的綠色能源供電系統,而智慧電網也將架構在此分散式發電系統,同時整合現有之電力網路監控而發揮電網管理的功能。

   近年來,由於世界各國在綠色能源領域的積極推廣,併網型太陽光變頻器已成為產品發展的主流;併網型變頻器不單可應用於太陽光發電,也可將各種形式的直流電源轉換為可與電網併聯之交流電源,可以說是未來各種新型發電系統的電力閘門(power gate),是發展綠色電力系統的關鍵技術。本專輯針對此一主題,邀請國內相關研究學者專家,發表他們的研究成果。蔡明發、黃培育等先生之『微型太陽光變頻器之高升壓比轉換器之設計』設計一個微型太陽光變頻器,將一個太陽光模組所生的低壓直流電直接轉換為可與市電併聯的高壓交流電,因此每一塊太陽光模組可直接經由此交流模組做電能轉換後與市電並聯,如此每一塊太陽能光電板可獨立運作,不必和其它的光電板作串並聯連接,可避免萬一單一片光電板故障時影響了整個系統運作,在系統維護上也較為容易和方便。李嘉猷、林右鎗、林軒等先生所發表的『具數位化電流修正控制之市電併聯型變流器』,說明利用單晶片DSP進行PV inverter之數位式併網控制實現。

   姚竣仁、羅有綱、邱煌仁等先生之『太陽能高強度氣體放電街燈系統之研製』,提出具有最大功率追蹤功能與脈衝穩壓充電模式之太陽能HID街燈系統,所發展的SEPIC太陽能充電器,具有高最大功率追蹤準確度與高充電效率。羅有鋼、林明立、李天鵬、邱煌仁等先生所發表的『基於DSP控制單級最大功率追蹤換流器與市電併聯技術』,發展以DSP為基礎一具有市電併聯功能之高性能單級最大功率追蹤換流器。趙貴祥、邱嘉隆、張鈺烱、嚴坤龍等先生所發表的『太陽光電發電系統電力調節器之孤島現象新型檢測方法』,提出以可拓理論作為太陽光電發電系統之孤島現象檢測的理論基礎,並結合被動式及主動式孤島現象檢測機制之多變數孤島現象檢測法,就市電不同類型之電壓驟升、電壓驟降、電力諧波及電壓閃爍等電力品質干擾進行分析,以辨識責任分界點之異常狀態係單純屬於電力品質干擾現象或真正已發生孤島運轉情形。陳志維、林煥富先生所發表的『具遠端控制模組化換流器應用於微型電網』,提出以模組化的方式利用遠端控制換流器應用於微型電網,利用LabView系統擷取用戶電壓及電流相關資訊,並經由CAN bus傳送用電供電資訊予微型電網系統。

   本專輯以『綠色能源與電源管理/UPS』為主題,特別針對太陽光變頻器邀請了相關的學者專家發表他們最新的研究成果,希望在綠色能源領域能整合學術研究、技術發展與產業應用,共同推動這個正在迅速發展的新興產業。

  

本期特論包含下列主題:

 


台灣新竹交通大學電力電子系統與晶片實驗室