索比光伏网讯:东日本大地震后，在停电时确保电力供给的需求增大，因此，太阳能电池功率调节器与其他能源相关设备的联动，首先是从与蓄电池组合使用开始的。
松下公司2012年3月上市了使太阳能电池与蓄电池的功率调节器一体化的“PowerStation”。
具体而言，PowerStation由分别支持太阳能电池和蓄电池的DC-DC转换器和一个双向DC-AC逆变器构成。蓄电池采用容量为4.65kWh的锂离子充电电池，功率调节器的额定容量为5.5kW。
一体化的优点在于停电时的工作方式。停电时无需经由逆变器即可将太阳能电池的输出电力直接存储到蓄电池中。这样就消除了逆变器造成的损失，由此，即使太阳能电池的输出电力较少，也能高效率地进行蓄电(图6)注2)。此次上市的产品配备了专门针对停电的功能，将来还可推出与其他能源设备配套实现最佳运转的产品等。
图6：组合使用太阳能电池和蓄电池
松下从2012年3月21日开始受理同时控制太阳能电池和蓄电池的“PowerStation”的订单(a)。夏普2013年1月17日上市了与太阳能电池联动的蓄电池系统(b)。(图(a)由采访资料推测，(b)由夏普的资料制作。)
注2)夏普的产品虽然机壳分为两部分，但停电时，太阳能电池的输出电力可以直接输出到蓄电池的功率调节器中。
田渊电机公司除了太阳能电池和蓄电池的一体型功率调节器外，还在积极进行研发，力争实现还可与燃料电池及风力发电机等共用的“混合功率调节器”注3)。例如，该公司与大阪燃气公司合作，共同开发可在太阳能电池和燃料电池间共用的功率调节器。目前燃料电池输出的电力不能出售，因此当燃料电池的输出超过家庭内的负荷时，就通过功率调节器增加热水器的负荷等。田渊电机预见到日本将实现电力自由化，因此还在开发“卖电控制器”等，利用这种设备就可以换算相应日期时间而变化的电费，或筛选能够出售的电力进行售电。
注3)田渊电机向两家OEM客户交付了组合使用了太阳能电池和蓄电池的功率调节器的产品。
使产品小型化以便于采用
关于功率调节器的差异化技术，厂商正在研究配备效率比现有硅功率元件高的GaN和SiC功率元件。其中，安川电机公司计划在2014年内上市配备GaN功率元件的住宅用途功率调节器。该公司逆变器事业部环境能源设备事业统括部事业统括部长山田达哉称，为实现量产，“如今正准备着手进行设计”。
安川电机的目标不仅仅是通过新一代功率元件提高功率调节器的效率。山田称：“由于住宅用途难以实现差异化，因此要以绝对小型化作为产品的特点。”该公司于2012年推出的额定容量为4.5kW的试制品与原有产品相比，电力转换效率提高了约2个百分点，同时还将体积削减了约45%，重量减轻约27%(图7)注4)。
图7：利用GaN和SiC提高效率
厂商目前正在研究采用新的功率半导体提高电力转换效率。安川电机将于2014年上市配备GaN的功率调节器(a)。田渊电机公开了配备SiC的试制品(b)。(图根据各公司的资料制作)
注4)田渊电机在2013年2月的展会上公开了采用SiC功率元件的试制品。虽然是一款额定容量为1.8kW的小型功率调节器，但电力转换效率提高了2个百分点左右。安川电机和田渊电机均将根据额定容量，区分使用SiC制和GaN制功率元件。
新一代功率元件具有降低电力损失、抑制发热的效果，及通过提高开关频率缩小电抗器等外设尺寸的效果等，因此，通过采用新一代功率元件就能够使功率调节器小型化。现有功率调节器的小型化自不必说，正在开发的、统管多种能源相关设备的功率调节器也有望实现小型化。例如，松下PowerStation的外形尺寸达到630mm×1500mm×250mm，估计今后小型化需求将会增大。
不过，新一代功率元件要成为主流，关键在于性价比。田渊电机估算，如果能把电力转换效率提高1个百分点的成本上升控制在720日元内，新一代功率元件就能得到广泛采用。
以目前各厂家充满特性的样品为基础，根据假设量产价格的平均值进行成本计算，将DC-DC转换器电路的效率提高0.5个百分点需要450日元，将DC-AC逆变器电路的效率提高0.5个百分点需要3000日元。加在一起后，提高1个百分点就需要增加成本3450日元。最近，由于各公司相继推出了GaN和SiC功率元件，功率调节器厂商对实现720日元的成本寄予厚望。
还监控模块
在其他差异化技术方面，还出现了将包括电网及其他设备在内的所有信息都集中到功率调节器上，使之变身为EMS“中枢”设备的动向。其中之一，是一种名为功率优化器(Optimizer)*的产品，在日本已逐渐开始设置(图8)。例如，福冈县的一家百万瓦级太阳能设施已针对250kW的设备试采用了美国Tigo Energy公司的功率优化器。
图8：开始采用功率优化器
可提高输出功率、监控模块工作状况的功率优化器已经开始得到采用(a)。以色列SolarEdge Technologies公司2013年2月开始面向日本供货(b)。((a)由Tigo Energy拍摄)
*功率优化器(Optimizer)：设置在太阳能电池模块上，控制各模块实现最佳输出的设备。升降压方式的产品还被称为“微转换器”。
功率优化器原本的作用是使各模块的输出功率实现最大化。通过功率优化器调整阻抗或进行升降压，以使各模块实现最佳的电压和电流。Tigo Energy称，利用功率优化器“有望增加几个百分点的输出”。
除了上述优点外，功率优化器还逐个监控各模块的状态，因此能够尽早发现故障。高电压下发生的PID(Potential Induced Degradation)现象已成为业界的热门话题，因此用户对模块状态的关心日益高涨。功率调节器处理的信息今后还将继续增加。
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