數位電源 - 探討 Microinverter 節能減碳的綠色能源

前言

響應保護環境和生態系統,減少溫室氣體排放,節能減碳議題不斷。綠色能源越來越重要,而太陽能發電就是綠色能源的其中一部份。

Microinverter ( 微型逆變器 ) 是一種獨立的太陽能模組,可將太陽能板產生的直流電 ( DC ) 轉換成交流電的電子設備,模組階段就先將直流電轉換為交流電、進行發電功率最佳化,產生電力傳輸都以 AC 交流電進行,安全性、擴充性較佳。每個 Microinverter 的輸出可以合併再回到電網或是儲能設備。很適合面積小的場合。

傳統的 String Inverter ( 串聯式逆變器 ),因為每個太陽能板產生的直流電串接在一起,逆變器需要承受高電壓,高電壓直流電在屋頂傳輸比較容易發生危險。

Microinverter ( 微型逆變器 ) 與傳統的String Inverter ( 串聯式逆變器 ) 相比,Microinverter 為每個太陽能板提供獨立的逆變能力將直流電轉成交流電,大大提高了系統效率和可靠的性能。

新的建築物重點在於「建物設置太陽能板」,除了有受光條件不足或其他可免除情形外,應該在屋頂設置規範面積的太陽能板。

圖0. 安裝在屋頂上的太陽能板 ( 圖片來源 : 千圖網授權 )



以下簡介 String Inverter 與 Microinverter :

1. String Inverter ( 串聯式逆變器 ) :

String Inverter 是把多個太陽板串接在一起,整串電池板產生的直流電被送到逆變器轉成交流電。

圖1 : 如下圖 String Inverter 四塊太陽能板理想總輸出 400W。


2. Microinverter ( 微型逆變器 ) :

微型逆變器是每個太陽能模組有獨立的電能轉換架構,把太陽能直流電轉成交流電。

圖2 : 如下圖 Microinverter 四塊太陽能板理想總輸出 400W。



3. MicroInverter 與 String Inverter太陽遮蔽時的能量輸出 :

圖3 : 如下圖,當 String Inverter 太陽能板 B 被雲朵遮蔽避時,整串的太陽能板 A 與 B 都無法提供能量輸出,只剩太陽能板 C與 D 有提供能量輸出,太陽能板輸出總功率為 200W。



圖4 : 如下圖,當 Microinverter 太陽能板 B 被雲朵遮蔽避時,太陽能板輸出總功率為 300W。


由圖三與圖四我們可以知道,Microinverter 與 String Inverter 遇到雲朵遮蔽時,由於 Microinverter是獨立的太陽能模組,所以遇到雲朵遮蔽時,會是 Microinverter 有較好的太陽能板使用效率。



Microinverter 與傳統的 String Inverter 相比,優勢如下 :

1.提高系統效能 : 傳統的String Inverter 是好幾個太陽能板串接在一起,由一個 Inverter 負責整個太陽能系統的能量轉換。相比之下,只要其中一塊太陽能板故障或陰影的影響,就會導致整串太陽能板無法輸出電能。而Microinverter由於是每塊太陽能板都有自己獨立的逆變器能提供直流電轉交流電,即使其中一塊太陽能板受到陰影、污垢、不同的老化程度等等影響,導致太陽能板無法輸出能量造成功率損失,其他的太陽能板仍然能正常運作,這種分散式的結構可以提高的整體的系統效能。

2.增強太陽能板效能 : Microinverter 能夠更好的應對太陽能板的能量轉換,每個太陽能板都有自己的 Microinverter,可以針對單個太陽能板的性能進行最佳化調整。這樣可以最大化地提高整個系統的發電效率。

3.更好的系統監控 : Microinverter 具有即時監控和故障檢測功能。每個 Microinverter 都可以透過通訊連接到監控系統,用戶可以實時監測每個太陽能板的發電狀況和系統的整體性能。同時如果發生故障,系統也能迅速檢測到並通知用戶進行維修。

4.更好的安全性 : Microinverter 的分散式結構提高了系統的安全性。因為每個太陽能板都有自己的 Microinverter,系統故障或發生問題不會影響到其他太陽能板的運作。這種設計可以降低火災等安全風險。

5.彈性的安裝或擴展 : Microinverter的安裝和擴展相對較靈活。每個太陽能板只需要接一個Microinveter,使整個系統安裝更加簡單和靈活。需要擴展系統容量時,只需增加太陽能板和相對應的 Microinverter 即可,不需要對現有的系統進行大規模的更改。

6.廣泛的應用 : 通常適用在面積較小場合,包括家庭住宅、商業建築和太陽能電站。

7.壽命較長 : Microinverter因使用高規格電子元件,使用年限大約 20~25年,而傳統的 String Inverter 大約 5~8年。

 

雖然說 Microinverter 優勢很多,但也有些缺點 :

1.價格昂貴 : 每個 Microinverter 有獨立 DC/AC 轉換電路,需要更多電子元件。

2.維修不易 : 由於電子元件增加,當故障時電子元件故障時,會花較多的時間與資源。

以下是 Microinverter 與 String Inverter 的優缺點比較表、適用場景 :



總結 :

“電”已成為我們現代人生活不可或缺的一部分。核能發電、火力發電都會對環境生態很大的影響,政府與企業近年也積極的推動綠色能源來達到節能減碳救地球。太陽能發電正是應對節能減碳的一個方式。

微型逆變器單位成本與一般中型三相串列型逆變器相比之下高出不少,約與小型單相串列型逆變器相當,但是發電量可以提高10到20%,直接提升了整體太陽光電的發電效益。同時,微型逆變器的功率比較小,約在300至700W之間,又選用高規格的電子零件,使用壽命約在20到25年。串列型逆變器的壽命約在5到8年。換算下來,微型逆變器的壽命大概是串列型逆變器的2.5到5倍的時間。雖然微型逆變器的資本支出比較高,但是總體擁有成本比較低,所以逐漸取得市場占有率。

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