TI 掌握太陽能發電三大關鍵：效率、成本與安全

整合嵌入式與類比技術 提供完整太陽能解決方案

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。有鑑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

Ø   C2000 MCU高電壓太陽能開發套件

•    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
•    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-voltagepower stages) 和處理器間通訊系統 (inter-processor communications systems) 進行開發
•    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蹤 (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。

Ø   SolarMagic 電源優化器

•          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
•         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
•         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。

Ø   Smart Bypass Diode

•         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
•    減少熱能產生並降低太陽能電平準化成本 (LCOE-Levelized Cost of Energy)以提高太陽能模組壽命
•  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

•    TI太陽能開發套件http://www.ti.com/c2000-solar-pr-dev-pf
•    TI SolarMagic 參考設計方案http://www.ti.com/ww/en/analog/solarmagic/applications.shtml
•    更多TI 太陽能訊息:http://www.ti.com/lsds/ti/apps/alternative_energy/solar/overview.page
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