改采星状分散式架构，PV发电系统克服遮蔽效应

　　国内学术界近期提出新一代星状分散式太阳能系统架构，藉由将太阳能电池模组阵列分组，且每组由一颗中央最大功率点追踪（MPPT）控制器负责撷取电力资讯，克服乌云或树荫遮蔽效应导致个别电池发电量不均的问题，以提高整体系统发电效率。

　　为提高太阳能发电效益，一般做法是从太阳能电池制造端去想提高发电效率和改善制程的方法，或是节省材料用量来降低成本。模组化电源管理系统（MLPM）则是在太阳能发电的后端应用上，以交换式电源（SMPS） 技术来提升模组的发电效率。相较于传统模组串列型的集中式太阳能发电架构，以MLPM发展出来的分散式太阳能发电系统在不同的云层或建筑物的遮蔽状况下，最大可提升约25%的发电效率，相当适合于须要将太阳能板安装于不同方位的中小型住宅式应用。故现在已有越来越多太阳能发电系统开始使用微型逆变器 （Micro-inverter）或是功率优化器（Power Optimizer）来提升发电效率。

　　MLPM点火　微逆变器/功率优化器需求涨

　　国外的市调机构IHS iSuppli的研究报告指出，全球的MLPM市场成长快速，预估至2014年会达到6.2GW的安装量，占全球住宅型太阳能安装量的38%。MLPM包含了DC-AC的微型逆变器和DC-DC的功率优化器，虽然其会额外增加太阳能系统安装的费用，但若依照摩尔定律（Moore‘s Law），则微逆变器的平均销售价格预测会从2010年的每瓦0.88美元，下降至2014年的0.29美元；而功率优化器则预估会从2010年的每瓦 0.18美元，下降至2014年的0.08美元。

　　虽然微逆变器发展较早，但由于各国对于太阳能逆变器的安规都要求须与市电网路做电路隔离，故其电路成本较高。在2009年，Solaredge于以色列成立，并推出一系列针对住宅型分散式太阳能发电的相关产品，从个别太阳能模组的功率优化器、将最后总输出电力转换为交流电併网的逆变器，甚至是太阳能发电即时监控及远端资料库，都已经有一系列的产品推出（图1）。另外，在美国的Tigo与前国家半导体底下的Solarmagic，也同样有各自的功率优化器产品推出。由各个国际大厂纷纷投入产品开发观之，分散式太阳能的功率优化器未来深具发展潜力。

　　图1 SolarEdge提出的分散式太阳能发电解决方案

　　可侦测故障/远端监控　星状分散式系统崭锋芒

　　由于太阳能电池的发电特性会随着环境的光照度和背板温度有所改变，故一般会除将输出透过直流电压转换器（DC-DC Converter），以电路调变太阳能电池的输出特性外，还须搭配最大功率点追踪（MPPT）技术，以确保太阳能输出能得到最大的发电效率。此外，依据太阳能发电系统输出端应用的不同，可分为独立型（Stand-Alone）及市电并联型（Grid-Connected）两种太阳能发电系统。

　　传统将经过串并联后的太阳能模组阵列视为单一模组来做MPPT，称为集中式太阳能发电系统（Centralized Photovoltaic System）（图2）。但其前提是须确保太阳能模组阵列中每一片的特性相同，若其中参杂有劣化的太阳能模组，如受到乌云、树荫、灰尘、太阳能电池老化等，或是太阳能模组安装的日照方位的不同，皆会导致部分遮蔽效应（Partial Shading Effect），进而造成整体的发电效率大幅下降，严重时甚至会损失整体25%的发电效率。

　　图2 集中式太阳能发电系统

　　为解决集中式太阳能发电系统的缺失，在后来的研究中有学者开始提出分散式太阳能系统（Distributed Photovoltaic System）的架构（图3），即在每一片太阳模组输出端各自安装一组DC-DC Converter以及MPPT控制器。如此即便太阳能模组阵列受到部分遮蔽效应的影响，阵列中各片太阳能模组也都能够自行调变至最大功率输出，维持整体的发电效率。

　　图3 分散式太阳能发电系统

　　相较于一般国外大厂採取个别太阳能模组安装独立的MPPT控制器做法，成功大学提出的一种星状分散式太阳能发电系统（图4），将太阳能模组阵列分组，每组以一个中央MPPT控制器来撷取每片太阳能电池的电压和电流资讯，再进行MPPT运算后，输出控制讯号至每个太阳能模组，而各组的中央MPPT控制器也可以互相通讯。此种做法的好处在于以一个高效能的中央MPPT控制器来取代塬本各模组个别的MPPT控制器，而中央MPPT控制器在取得各模组的发电资讯运作MPPT的同时，除可侦测阵列中的模组故障之外，也可将发电资讯储存并发送到网路上提供远端监控的功能。

　　图4 星状分散式太阳能发电系统示意图

在星状太阳能分散式发电系统中所採用的MPPT演算法，为成大实验室所发展的二次式极值法，其塬理是将太阳能特性曲线近似二