改采星状分散式架构，PV发电系统克服遮蔽效应

次式曲线，在追踪过程中会定义三个操作点D1、D2及D3，量测三点操作点的输出功率P1、P2及P3，当P2大于P1和P3时，可直接利用二次式极值方程式计算出可能的最大功率点位置（图5）。相较于传统的扰动观察法（Perturb and Observe， P&O），可提升MPPT的追踪速度，且收敛之后不会在最大功率点附近振盪。

　　图5 二次式极值MPPT演算法示意图

　　［@B］功率优化器电路设计面面观［@C］ 功率优化器电路设计面面观

　　功率优化器选择可兼具升降压功能的Buck-Boost Converter电路拓扑（图6），除电路架构较为简单之外，也可弹性应用在各种场合。电感须以耐流量为考量，以避免操作在饱和电流导致电感量下降，金属氧化物半导体场效电晶体（MOSFET）也须考量等效内阻，以尽量降低导通损耗，额外并联肖特基二极管（Schottky Diode）可选择较低耐压的MOSFET，并降低切换损耗。

　　图6 功率优化器的Buck-Boost Converter电路架构

　　在研发初期曾以隔离式的MOSFET驱动器来做设计，其优点是控制和量测上较为简单，但是额外的隔离电源却会大幅增加电路成本。故在技术成熟后，则改用内建自举式（Bootstrap）电源电路的半桥式或是全桥式驱动IC来同时驱动高低端MOSFET，虽然在驱动上须预防MOSFET的闭锁（Latch Up）效应，但在电路成本上较为符合市场需求。实际针对230瓦太阳能板制作的功率优化器，其在最大功率点附近可达到96%的转换效率。

　　在分散式太阳能发电串列中，由于每个功率优化器在使用脉衝宽度调变（PWM）讯号进行电压调变时，会相互影响个别输出，故在功率优化器中的PI稳压器设计的好坏举足轻重。在实际测试之前，可在美商国家仪器（NI）Multisim这套电路模拟软体中建立太阳能模组的SPICE（Simulation program with Integrated Circuit Emphasis）模型（图7），及针对功率优化器的电路进行建模。相较于其他电路模拟软体，使用Multisim的优点在于透过与LabVIEW的 Co-Simulation沟通介面，可直接在LabVIEW中模拟并测试PI稳压器参数及MPPT演算法。图8即为功率优化器稳压模拟结果与实际测试结果之比较，趋势相当接近。

　　图7 功率优化器在NI Multisim的电路模拟

　　图8 功率优化器稳压模拟与实测结果对照图

　　功率优化器助力　星状分散式系统效能大增

　　图9为星状分散式太阳能电力系统架构图，太阳能发电串列中的每片太阳能模组接各自安装功率优化器后，再串联输出至逆变器。而在功率优化器中则有一颗低成本的数字讯号处理器（DSP）负责调变PWM控制讯号，并撷取输入与输出的电压和电流资讯，除可进行PI稳压器的控制之外，可再透过通用异步收发器 （UART）与中央MPPT控制器进行资料传输。

　　图9 星状分散式太阳能发电系统架构图

　　中央MPPT控制器採用的是NI sbRIO-9606嵌入式控制器，其同时兼具两种嵌入式控制核心，现场可编程闸阵列（FPGA）可平行多工处理各个功率优化器的UART通讯，而即时处理器则即时进行分散式MPPT运算，并将控制参数传送至各个功率优化器。而透过NI sbRIO-9606的乙太网路接口，更可直接将整体系统的发电资讯发布至网路上，实现远端监控。

　　为测试功率优化器在受到部分遮蔽的状况下是否可发挥其功效，实验以八片茂鑫230瓦太阳能板以星状分散式发电架构串联输出，并透过逆变器转换成交流电併入市电网路中（图10）。实验从早上九点开始测试，并在中午12点时于第七片太阳能模组上产生部分遮蔽使功率降低。

　　图10 实验测试之八片茂鑫230瓦太阳能模组

　　由图11的实验结来看，虽然八片太阳能模组的规格相同，但实际输出功率还是有些许的差异，尤其当第七片太阳能模组受到遮荫，而使得功率与其他模组不匹配时，功率优化器仍可维持各片的最大功率输出，而不受到部分遮蔽效应的影响。

　　图11 分散式太阳能发电整日实验测试结果

　　消弭日照/模组不匹配桎梏　星状分散式系统势起

　　随着石油价格居高不下而电价也逐渐上涨，太阳能发电则会因模组化且大量制造而降低其发电成本，达到市电平价的目标已不再是梦想。未来太阳能将以中小型发电与建筑物结合（BIPV）的应用渐渐出现在人们的生活圈当中，如家庭住宅、商业大楼、公共设施等。但是以往採取集中式太阳能发电的方式，限制太阳能板安装弹性，须将太阳能模组皆朝向同一日照方向，以避免遮蔽效应造成无谓的功率损失。若採用新颖的分散式太阳能发电技术，即可解决因日照方向不同或模组间不匹配的损失。

例如成功大学低碳校园团队，目前规画以创新曲面太