TI 掌握太陽能發電三大關鍵：效率、成本與安全

(台北訊，2012 年 8 月 3 日)   全球能源短缺，太陽能成為最具前景的再生能源之一，據 IHS iSuppli 的研究報告顯示[1]，受新興市場推動，關鍵零組件太陽能逆變器出貨量預計將在 2014 年之前達到 20% 的成長。然而，目前整體太陽能發電卻面臨發電轉換效率、發電成本與安全可靠的系統設計等三大挑戰。德州儀器 (TI) 身為全球半導體領導廠商，整合寬泛的太陽能相關零組件支援，提供能高效執行精確演算法的 C2000 微控制器、降低系統電路設計成本的 SolarMagic 電源優化器解決方案以及減低熱能的 Smart Bypass Diode，充份滿足關鍵太陽能設計要素。

德州儀器亞洲區市場開發電源產品協理羅偉指出，能源短缺促使太陽能成為新一代發電系統，而推動該市場的關鍵即在於效率、成本與安全性。有鑒於該市場的潛力與高技術門檻，TI 於 2011 成立 Silicon Valley Analog (SVA) 部門，透過併購美國國家半導體 (National Semiconductor) 的工業高壓電源管理產品優勢，整合 TI 在嵌入式設計、電源管理與類比產品的強大系列組合，持續拓展 TI 在太陽能、醫療和 LED 市場等新興領域的發展，提供客戶最完善的全面性解決方案。

太陽能逆變器在標準嚴苛的太陽能發電系統中扮演關鍵角色，經常應用於商業電網或區域與獨立型電網中。而逆變器裝置需透過高電壓直流電源長期運行，也因此形成安全隱憂。此外，轉換效率也易受外在環境因素干擾，而拉低系統整體的發電效率。例如，10% 的陰影即可導致太陽能面板陣列系統減少多達 50% 的能量採集數量，大幅限制了一般太陽設備的能量產生、設計和設置位置。因此電池與模組的轉換效率與系統壽命動輒需要 15 年以上的需求均需同時列入考量，逆變器能否長時間的使用，以及能否降低錯誤機率便成為首要問題。在提升系統穩定度與安全性外，系統建設與維護的龐大支出成本更是影響太陽能發電系統佈建的重大考量。

TI 身為市場領導者，精準掌握市場發展脈動，整合微控制器與電源管理解決方案，提供開發人員具前瞻性與完整的解決方案，促進太陽能發電市場發展。小型微逆變器系統搭載採 MPPT (最大功率點追蹤) 技術之 TI C2000 MCU，應用於發電面板中可同時評估各種太陽能演算法與拓撲，以克服陰影效應 (shading) 所造成的整體發電效率問題。SolarMagic 電源優化器解決方案透過整合電源分配與通訊，提高太陽能電池陣列的安全性，可使單一面板維持穩定的最大功率。且每一模組皆具監控功能，可提供系統額外防護並降低維護成本。TI 更提供參考設計及應用說明，協助系統設計工程師迅速完成整體太陽能系統電路設計、降低整體 50% 以上的物料清單 (BOM) 成本。此外，為滿足高效率太陽能光電模組需求，透過Smart Bypass Diode可縮減連接器尺寸，因此可減少熱能產生與減低火災發生機率，進一步提高安全性。

 

TI 太陽能解決方案的特性與優勢：

  • C2000 MCU高電壓太陽能開發套件

Ÿ   C2000 太陽能開發套件是 TI 首款完整的高電壓、字串就緒 (string-ready)、隔離式 MCU 控制型太陽能解決方案，可幫助電源設計人員開發高電壓太陽能應用；

Ÿ   該太陽能開發套件包含兩塊單獨的開發板，提供雙控制器 (dual-controller) 設計，開發人員因此可就高電壓功率級 (high-voltage power stages) 和處理器間通訊系統 (inter-processor communications systems) 進行開發；

Ÿ   主板 (primary board) 支援高達 500W 功率的 300VDC 相容型輸入級，其擁有針對最大功率點追踪 (MPPT) 的交錯式升壓級 (interleaved boost stage)，以及用於隔離的共振 LLC 級 (resonant LLC stage)，以上兩者均由單顆 Piccolo MCU 控制。副板 (secondary board) 則具備帶電網匹配功能 (grid-matching) 且支援 120/220VAC 輸出的全橋式 DC/AC 逆變器，以單顆 Concerto 或 Piccolo MCU 控制，因此能在單個處理器中同時提供控制與連結能力。

  • SolarMagic 電源優化器：

Ÿ   TI SolarMagic 電源優化器解決方案利用分佈式電路，可將每一模組的發電量提至最高，並調整每排光電板電壓和電流，以避免一般在轉換過程中必然形成總能量 75% 的耗損，且更進一步提高 25% 發電量，確保系統操作更加穩定可靠；

Ÿ   TI 提供參考設計及應用說明，協助系統設計工程師迅速完成整體太陽能系統的電路設計、降低系統的維護成本並提高系統效能，並可降低整體 50% 以上的物料清單 (BOM) 成本；

Ÿ   TI 提供豐富的降壓轉換器組合，不論搭配何種輸出電容器，系統仍可保持穩定，提高 MCU 的搭配彈性度與設計靈活度。

 

  • Smart Bypass Diode：

Ÿ   TI Smart Bypass Diode SM74611可提高太陽能光電模組效率與縮減連接器 (Junction Box) 尺寸，降低太陽能模組成本並可輕易置入太陽能系統裝置中；

Ÿ   減少熱能產生，並降低太陽能電平准化成本 (LCOE-Levelized Cost of Energy)，以提高太陽能模組壽命；

Ÿ   透過降低反向漏電與增加太陽能面板陣列能量產量，與傳統Schottky二極體相比可降低電源耗散。

TI 太陽能解決方案：

Ÿ   TI太陽能開發套件：http://www.ti.com/c2000-solar-pr-dev-pf；

Ÿ   TI SolarMagic 參考設計方案：http://www.ti.com/ww/en/analog/solarmagic/applications.shtml；

Ÿ   更多TI 太陽能訊息: http://www.ti.com/lsds/ti/apps/alternative_energy/solar/overview.page

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關於德州儀器

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[1]資料來源: IHS iSuppli; Solar Inverter Market Hits Speed Bump in 2011; Feb. 7, 2012