為因應(yīng)亞太與美國(guó)太陽(yáng)能市場(chǎng)在未來(lái)數(shù)年內(nèi)的搶裝潮，各太陽(yáng)能廠商皆戮力達(dá)成太陽(yáng)能與“市電同價(jià)”的目標(biāo)，并設(shè)法降低對(duì)政府補(bǔ)貼的依賴，因而使高轉(zhuǎn)換效率、可偵測(cè)環(huán)境因素的智慧型太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)備受重視，成為業(yè)者爭(zhēng)取更高市占率的關(guān)鍵利器。

為爭(zhēng)食亞洲新興市場(chǎng)與北美市場(chǎng)的市占率，全球太陽(yáng)能廠商朝向更高轉(zhuǎn)換效率的發(fā)電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)已是必然的趨勢(shì)。而為盡早達(dá)成“市電同價(jià)”的目標(biāo)，由具備高轉(zhuǎn)換效率的高聚光型太陽(yáng)能(High Concentrated Photovoltaic, HCPV)技術(shù)與可優(yōu)化發(fā)電效率的功率優(yōu)化器(Optimizer)所實(shí)現(xiàn)的智慧型太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，遂成為各家廠商研發(fā)的焦點(diǎn)，期盼透過(guò)智慧型太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)一步強(qiáng)化產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，以擴(kuò)大市場(chǎng)版圖。  

然而，根據(jù)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)研究機(jī)構(gòu)EuPD Research預(yù)估，全球太陽(yáng)能設(shè)備整體裝機(jī)數(shù)量受到歐債風(fēng)暴的波及，將可能從2011年的22GW驟降為17GW，市場(chǎng)需求若再持續(xù)疲軟，恐怕將進(jìn)一步壓縮二線太陽(yáng)能電池廠商生存的空間(圖1)。  



圖1 2007～2013年全球太陽(yáng)能設(shè)備整體裝機(jī)量分析 資料來(lái)源：EuPD Research

太陽(yáng)能景氣回暖趨緩　二線廠營(yíng)運(yùn)岌岌可危



圖2 EuPD Research臺(tái)灣區(qū)總監(jiān)林輝昛表示，歐洲市場(chǎng)需求減弱，擠壓二線的太陽(yáng)能電池廠生存空間，市場(chǎng)汰弱留強(qiáng)的局勢(shì)日趨顯著。
EuPD Research臺(tái)灣區(qū)總監(jiān)林輝(圖2)表示，以歐洲為主要出貨市場(chǎng)的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)，受到歐債問(wèn)題持續(xù)擴(kuò)大以及德國(guó)政府將設(shè)太陽(yáng)能設(shè)備安裝上限等因素，2012年整體出貨量將向下滑落。而太陽(yáng)能市場(chǎng)受經(jīng)濟(jì)問(wèn)題與政策因素影響，需求開(kāi)始緊縮，導(dǎo)致僅僅一線太陽(yáng)能電池廠的產(chǎn)能，就出現(xiàn)供過(guò)于求的狀況，更遑論二線太陽(yáng)能電池廠，市場(chǎng)淘汰的陰影已開(kāi)始加速籠罩太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)。  

林輝進(jìn)一步指出，面臨歐洲市場(chǎng)需求不振的窘境，太陽(yáng)能業(yè)者除減產(chǎn)因應(yīng)外，積壓許久的庫(kù)存也必須消耗殆盡，因此，為紓解庫(kù)存壓力，各大廠商紛紛將電池與模組降價(jià)求售。然而，在眾多廠商激烈競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)，也造成價(jià)格戰(zhàn)的紅海漩渦越卷越大，若二線太陽(yáng)能電池廠沒(méi)有強(qiáng)而有力的財(cái)團(tuán)在背后撐腰，在市場(chǎng)長(zhǎng)期削價(jià)競(jìng)爭(zhēng)的壓力下，資金周轉(zhuǎn)恐將日趨艱困，最終使公司營(yíng)運(yùn)狀況不佳，導(dǎo)致整并潮可能于2012年大量涌現(xiàn)。  

據(jù)了解，目前臺(tái)灣太陽(yáng)能業(yè)者從上游的矽晶圓廠包括中美晶、綠能以及中游太陽(yáng)能電池廠如茂迪、益通、升陽(yáng)科等公司，背后皆有“富爸爸”相挺，可望藉由充沛的資金渡過(guò)此一低迷景氣。相形之下，由于中國(guó)大陸的太陽(yáng)能業(yè)者僅少數(shù)幾間企業(yè)受到政府全力挹助，而絕大多數(shù)是規(guī)模小、產(chǎn)能較低的廠商，在全球市況不穩(wěn)與市場(chǎng)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)激烈等雙重沖擊下，中國(guó)的二線太陽(yáng)能業(yè)者已開(kāi)始面臨一波波席卷而來(lái)的倒閉潮。  

另一方面，根據(jù)研究機(jī)構(gòu)EuPD Research研究報(bào)告顯示，雖然2011年歐洲市場(chǎng)占整體太陽(yáng)能設(shè)備出貨量約80%以上，但2012年因受歐債因素影響將萎縮40%的占比，反觀如中國(guó)大陸、印度等亞洲新興市場(chǎng)與北美市場(chǎng)的全球太陽(yáng)能出貨量占比，則可望從原本的20%提升至35%，顯見(jiàn)北美、亞洲市場(chǎng)的市場(chǎng)需求轉(zhuǎn)強(qiáng)，讓此兩個(gè)市場(chǎng)的太陽(yáng)能出貨量已可逐漸追上歐洲市場(chǎng)。面對(duì)新的市場(chǎng)商機(jī)崛起，太陽(yáng)能業(yè)者如何藉由更先進(jìn)的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)提升轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而強(qiáng)化產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力以拓展亞洲、北美等市場(chǎng)遂至關(guān)重要。  

因此，已有業(yè)者積極發(fā)展以砷化鎵作為太陽(yáng)能電池原料的HCPV發(fā)電系統(tǒng)，透過(guò)聚光技術(shù)、追日系統(tǒng)，以及將電池微型化等方式，達(dá)到低成本、高轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)勢(shì)，期在大型發(fā)電應(yīng)用中取代核能發(fā)電。  

取代核電廠有望　HCPV發(fā)電系統(tǒng)受矚目  



圖3 億芳能源科技總經(jīng)理陳以禮指出，未來(lái)全球都將會(huì)實(shí)施碳稅的征收，屆時(shí)可望促進(jìn)更多CPV的建置，市場(chǎng)發(fā)展也將更趨蓬勃。
億芳能源科技總經(jīng)理陳以禮(圖3)表示，在全球環(huán)保意識(shí)高漲下，除產(chǎn)品本身的發(fā)電成本外，未來(lái)還必須考量產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中的碳稅成本。現(xiàn)行的燃煤、核能、地?zé)岬劝l(fā)電技術(shù)，不僅對(duì)環(huán)境破壞較大，且加入碳稅評(píng)估后，每度發(fā)電成本皆大幅提升，然而若用排碳量較低的風(fēng)力、水力與太陽(yáng)能等再生能源發(fā)電，卻又往往有發(fā)電效率不足以及無(wú)法在用電尖峰提供穩(wěn)定供電等缺陷。為因應(yīng)此一問(wèn)題，HCPV發(fā)電系統(tǒng)藉由高轉(zhuǎn)換效率與低碳排放量等優(yōu)勢(shì)，可真正實(shí)現(xiàn)再生能源應(yīng)用于大型發(fā)電廠中的愿景。  

陳以禮進(jìn)一步指出，由于聚光型太陽(yáng)能(CPV)發(fā)電系統(tǒng)使用如砷化鎵、鍺和磷鎵等III-V族太陽(yáng)能電池，可運(yùn)用其多接面電池能吸收不同光譜太陽(yáng)光的特性，吸收到更多的能量，進(jìn)而大幅提高電池的轉(zhuǎn)換效率。而CPV發(fā)電系統(tǒng)中又以HCPV的發(fā)電效率最佳，其利用較大面積的透鏡或反射鏡使陽(yáng)光聚焦在極小面積的太陽(yáng)能電池上，減少昂貴的太陽(yáng)能電池使用面積并增加其效率。此外，還采用單軸或雙軸的追日系統(tǒng)追蹤太陽(yáng)的方向提高效能，最后再搭配有效的散熱設(shè)備，避免太陽(yáng)能電池因溫度升高導(dǎo)致轉(zhuǎn)換率下降，完善整個(gè)HCPV發(fā)電系統(tǒng)。  

事實(shí)上，若能大量興建HCPV電廠，除可減少臺(tái)灣對(duì)核能發(fā)電的過(guò)度依賴，讓非核家園早日實(shí)現(xiàn)外，更重要的是，對(duì)臺(tái)灣電子與其他工業(yè)產(chǎn)品而言，由于“碳足跡”的減量，在未來(lái)被歐盟與其他國(guó)家課的碳關(guān)稅也會(huì)相對(duì)較低，進(jìn)而使臺(tái)灣的加工出口業(yè)更具競(jìng)爭(zhēng)力。  

為了積極應(yīng)用于大型電廠中，目前億芳的排灣II(Paiwan II)高聚光太陽(yáng)能模組電池轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到32.02%，比單、多矽晶太陽(yáng)模組約15%的發(fā)電效率高上許多；盡管目前此發(fā)電系統(tǒng)的每瓦建置成本仍高，但每度發(fā)電成本卻是所有太陽(yáng)能系統(tǒng)中最低，因此，透過(guò)大規(guī)模的布建后可望再降低成本。而HCPV太陽(yáng)能模組目前主要的應(yīng)用于中、大型的發(fā)電廠，或是須要供給穩(wěn)定及發(fā)電量需求大的地區(qū)使用，并且已經(jīng)通過(guò)IEC 62108與UL 8703兩項(xiàng)安全與性能的測(cè)試認(rèn)證項(xiàng)目。  

據(jù)了解，億芳在國(guó)內(nèi)外的電廠建置市場(chǎng)皆相當(dāng)活躍。國(guó)內(nèi)方面，該公司曾參與建置臺(tái)灣第一座太陽(yáng)能示范電廠“路竹1MW高聚光型太陽(yáng)能電廠”建設(shè)案，在高雄縣路竹鄉(xiāng)竹滬村架設(shè)一百四十一座太陽(yáng)能聚光板架，且都設(shè)有全天候的追日系統(tǒng)，可迎向陽(yáng)光，每座板架設(shè)置六十組、四十組壓克力凸透鏡聚光模組，總發(fā)電量約為100萬(wàn)瓦(1MW)，預(yù)計(jì)每年可減少660～670噸二氧化碳排放；國(guó)外部分，億芳在阿布達(dá)比綠能城(Masdar City)獲得電廠建置的標(biāo)案，預(yù)定2011年底完工。  

另一方面，透過(guò)加裝功率優(yōu)化器也可大幅提升轉(zhuǎn)換效率，并將逆變器(Inverter)功能化繁為簡(jiǎn)降低成本。裝置功率優(yōu)化器可確實(shí)讓每一個(gè)太陽(yáng)能電池發(fā)揮最佳效能，并隨時(shí)監(jiān)控電池耗損狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)真正的智慧型太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。  

提升太陽(yáng)能系統(tǒng)效率　功率優(yōu)化器露鋒芒 



圖4 意法半導(dǎo)體電源管理專案經(jīng)理王建田表示，加裝功率優(yōu)化器后，可強(qiáng)化最佳功率追蹤的運(yùn)算功能，進(jìn)而提高太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換效率。
意法半導(dǎo)體(ST)電源管理專案經(jīng)理王建田(圖4)表示，過(guò)往太陽(yáng)能逆變器是連接太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)與市電的關(guān)鍵元件，并透過(guò)逆變器對(duì)太陽(yáng)能電池作出最佳功率點(diǎn)追蹤(Maximum Power Point Tracking, MPPT)以提高光電轉(zhuǎn)換效率。然而，由于傳統(tǒng)集中式逆變器的最佳功率點(diǎn)追蹤功能是一次控制數(shù)十個(gè)以上的太陽(yáng)能電池作出反應(yīng)，往往無(wú)法確實(shí)做到最佳功率點(diǎn)追蹤，進(jìn)而使轉(zhuǎn)換效率低落，且無(wú)法即時(shí)得知電池耗損狀況，而上述這些問(wèn)題，現(xiàn)今只要加裝功率優(yōu)化器即可迎刃而解。 

王建田進(jìn)一步表示，功率優(yōu)化器是介于發(fā)電系統(tǒng)與逆變器之間的裝置，主要任務(wù)是替代逆變器原本的最佳功率點(diǎn)追蹤功能。功率優(yōu)化器藉由將線路簡(jiǎn)化以及單一太陽(yáng)能電池即對(duì)應(yīng)一個(gè)功率優(yōu)化器等方式，以類比式進(jìn)行極為快速的最佳功率點(diǎn)追蹤掃描，進(jìn)而讓每一個(gè)太陽(yáng)能電池皆可確實(shí)達(dá)到最佳功率點(diǎn)追蹤，除此之外，還能藉置入通訊晶片隨時(shí)隨地監(jiān)控電池狀態(tài)，即時(shí)回報(bào)問(wèn)題，讓相關(guān)人員盡速維修。 

據(jù)了解，ST為掌握此一市場(chǎng)商機(jī)，已推出一款功率優(yōu)化器--SPV1020。該功率優(yōu)化器經(jīng)測(cè)試后，在一般正常日照情況下，可較無(wú)優(yōu)化器的太陽(yáng)能電池多出12%的轉(zhuǎn)換效率；若是在有陰影遮蔽的日照情況下，則發(fā)電效率比沒(méi)有安裝功率優(yōu)化器多出38%。由此數(shù)據(jù)顯見(jiàn)，有無(wú)裝置功率優(yōu)化器對(duì)轉(zhuǎn)換效率的影響極大，而轉(zhuǎn)換效率差異如此懸殊的關(guān)鍵因素，則在于功率優(yōu)化器在最佳功率點(diǎn)追蹤運(yùn)算功能方面能較逆變器發(fā)揮得更好、更穩(wěn)定，因此無(wú)論是在日照或陰影遮蔽下，皆可讓太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)。 

事實(shí)上，ST與臺(tái)達(dá)電早在2010年6月即開(kāi)始針對(duì)SPV1020功率優(yōu)化器進(jìn)行合作計(jì)劃，在經(jīng)過(guò)產(chǎn)品測(cè)試、驗(yàn)證后，臺(tái)達(dá)電已正式向ST采購(gòu)該功率優(yōu)化器的晶片，目前臺(tái)達(dá)電已做出相關(guān)原型機(jī)供其客戶測(cè)試，預(yù)計(jì)2013年此系列產(chǎn)品將開(kāi)始量產(chǎn)，未來(lái)主要將應(yīng)用在大型太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。 

為了使功率點(diǎn)追蹤設(shè)計(jì)具有最高效能，可使用太陽(yáng)能陣列模擬器(Solar Array)模擬各種光源環(huán)境，藉此擷取逆變器功率點(diǎn)追蹤的效能，提供原始設(shè)備制造商(OEM)更多設(shè)計(jì)時(shí)的參考數(shù)據(jù)，進(jìn)而增加客戶的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。 

擷取最佳功率點(diǎn)　太陽(yáng)能模擬器角色吃重



圖5 安捷倫電子量測(cè)事業(yè)群應(yīng)用工程部資深專案經(jīng)理祁子年強(qiáng)調(diào)，太陽(yáng)能陣列模擬器可為逆變器于不同光照環(huán)境中，測(cè)得最佳功率追蹤點(diǎn)。
安捷倫(Agilent)電子量測(cè)事業(yè)群應(yīng)用工程部資深專案經(jīng)理祁子年(圖5)表示，由于逆變器是直接影響太陽(yáng)能模組直流對(duì)交流(DC-AC)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵零組件之一，因此如何為逆變器的最佳功率點(diǎn)追蹤效能進(jìn)行精準(zhǔn)且有效率的測(cè)試，對(duì)于太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的提升至關(guān)重要。 

祁子年進(jìn)一步指出，為滿足逆變器制造業(yè)者的量測(cè)需求，許多儀器廠商紛紛推出太陽(yáng)能陣列模擬器。藉由太陽(yáng)能陣列模擬器可精確的模擬如日蝕、旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)動(dòng)、年限和溫度等不同光照環(huán)境的條件下電流與電壓(I-V)曲線的變化。從而讓客戶透過(guò)輸入不同的光源條件參數(shù)，測(cè)得逆變器在各種光源環(huán)境下呈現(xiàn)的最佳功率點(diǎn)追蹤效能，藉此去修正逆變器的整體電路設(shè)計(jì)以提升最佳功率點(diǎn)追蹤的效能。 

事實(shí)上，安捷倫已推出一款模組式太陽(yáng)能陣列模擬器--E4360，可以讓研發(fā)工程師、制造工程師和系統(tǒng)整合業(yè)者準(zhǔn)確模擬包含陰影在內(nèi)的各種光照環(huán)境條件下I-V曲線的變化，進(jìn)而測(cè)試并且擷取逆變器的最佳功率點(diǎn)追蹤效能，提供客戶當(dāng)作產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的參考資料。該量測(cè)儀器提供了兩組電源輸出，每組輸出最高可以提供600瓦(W)，并且提供第二代通用序列匯流排(USB 2.0)、區(qū)域網(wǎng)路(LAN)和通用介面匯流排(GPIB)等介面，作為標(biāo)準(zhǔn)配備的太陽(yáng)能陣列模擬器，這使其能以較為低廉的成本以及個(gè)人電腦(PC)進(jìn)行連接。使用者可以利用任何一種網(wǎng)頁(yè)瀏覽器，透過(guò)內(nèi)建的網(wǎng)頁(yè)伺服器和圖形使用者介面遠(yuǎn)端操作及監(jiān)控該儀器。 

盡管太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)目前的景氣正處于供需尚待平衡的階段，但是已經(jīng)有許多的廠商開(kāi)始瞄準(zhǔn)逆變器這塊市場(chǎng)的龐大商機(jī)。祁子年認(rèn)為，由于現(xiàn)今太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)無(wú)論是上游材料的矽晶圓或者中游的太陽(yáng)能電池、模組皆已呈現(xiàn)供過(guò)于求的窘境，加上太陽(yáng)能面板至少都保固20年以上，反觀逆變器卻每3～5年就必須得更換一次，而且對(duì)于太陽(yáng)能市電轉(zhuǎn)換效率的影響甚鉅，其市場(chǎng)的需求量自然相對(duì)較高，因此，包含臺(tái)達(dá)電、茂迪等臺(tái)灣廠商也皆已開(kāi)始跨足此一新商機(jī)，進(jìn)而為逆變器相關(guān)產(chǎn)品的測(cè)試需求帶來(lái)成長(zhǎng)的動(dòng)能。