【 ATU 隨筆記 - Inverter 】PV Inverter 太陽能逆變器市場分析

        在上一篇的介紹中與大家分享了Micro Inverter ( 微型逆變器 ) 的用途與特色，也提到 Micro Inverter 適合家庭或是一些小型企業的需求。太陽能作為再生能源的代表，在當今能源轉型中扮演著重要角色，也是有大型企業、大型能源站的需求，太陽能逆變器（Photovoltaic Inverter, PV Inverter） 因應而生，這樣的產品工作原理是將太陽能板所蒐集的直流 （DC） 能量轉換為交流（AC）能量，進行工業或商業用途。

        傳統的PV Inverter 類型是 String Inverter ( 串聯式逆變器 )，將各個太陽能板產生的直流電串聯在一起，透過最大功率點追蹤（Maximum power point tracking, MPPT）的技術優化效能，再經過逆變器的轉換，轉成交流電後直接併網。因為太陽能板的性能受多種因素影響，包括陰影、雲層、角度變化等，所以透過最大功率點追蹤技術來確保太陽能板在不同日照和溫度條件下，持續提供最佳的能量輸出，從而提高發電效率。

        而現在市面上也有一些廠商會在產品上標示混合型 PV Inverter ，指的是帶有高壓電池或是低壓電池的產品，與傳統型 PV Inverter 不同之處在於，太陽能板所轉化的能量會儲存在電池中，由使用者決定釋放時間與對象 ( 電網及一般家庭 / 商業使用 )，同時也可以透過電網輸入電力至電池儲備，在本文的應用架構終將針對帶有電池的架構進行介紹。

        根據各業者的產業分析報告來看，可將太陽能逆變器市場切分為亞太地區、美洲地區，以及歐洲地區，以下將依照不同的地區進行市場規模介紹，並說明產品的應用場景與未來趨勢。 

•亞太市場： 亞太地區是全球太陽能逆變器的最大市場，佔全球市場份額的約50%。2023年，亞太地區的太陽能逆變器市場規模預估為1,015億美元，年增55.4%。亞太地區的太陽能逆變器市場主要受到政策補貼、電網改善、成本降低和環境意識等因素的驅動。亞太地區的太陽能逆變器主要應用於住宅、商業和工業等領域，其中住宅領域的需求量最大，佔市場份額的約40%。

•歐洲市場：歐洲地區是全球太陽能逆變器的第二大市場，佔全球市場份額的約25%。2023年，歐洲地區的太陽能逆變器市場規模預估為423億美元，年增41.8%。歐洲地區的太陽能逆變器市場主要受益於歐盟的綠色能源目標、碳排放減少計畫、網絡升級和分散式發電的發展。歐洲地區的太陽能逆變器主要應用於住宅、商業和公用事業等領域，其中公用事業領域的需求量最大，佔市場份額的約50%。

•美洲市場：美國地區是全球太陽能逆變器的第三大市場，佔全球市場份額的約15%。2023年，美國地區的太陽能逆變器市場規模預估為238億美元，年增27.5%。美國地區的太陽能逆變器市場主要受到聯邦和州級的稅收優惠、環保規範、電價上漲和住宅和商業用戶的需求推動。美國地區的太陽能逆變器主要應用於住宅、商業和公用事業等領域，其中住宅領域的需求量最大，佔市場份額的約45%。

•住宅用途：太陽能逆變器可以將太陽能板產生的直流電轉換為交流電，供給家庭用電，或是回饋到電網，減少電費支出。

•商業用途：太陽能逆變器可以將太陽能板產生的直流電轉換為交流電，供給商業建築或農業設施用電。

•公用事業用途：太陽能逆變器可以將太陽能板產生的直流電轉換為交流電，供給大型的太陽能發電廠或電網用電，提升可再生能源的比例。


                                                                                                             商業用途之示意圖

        太陽能逆變器是太陽能發電系統的核心元件，它將太陽能模組輸出的直流電轉換為交流電，供給用電設備或送入電網。隨著太陽能技術的發展和應用的擴大，太陽能逆變器也將面臨更高的要求和挑戰。

        未來的太陽能逆變器將具有以下幾個發展趨勢：

•智慧化：太陽能逆變器將具備更多的智慧功能，如遠端監控、故障預警、數據分析、雲端連接等，以提升系統的效率、可靠性和安全性。

•高效率：太陽能逆變器將採用更先進的拓撲結構、元件和控制策略，以提升逆變器的轉換效率、功率密度和壽命。

•高壓化：太陽能逆變器將適應大功率太陽能模組的發展，採用更高的直流電壓，如1500V或2100V，以減少電纜損耗、降低系統成本和提高系統穩定性。

•模組化：太陽能逆變器將採用更靈活的模組化設計，以實現逆變器的擴展性、兼容性和易維護性。

        帶電池的混合型太陽逆變器是一種可以同時處理太陽能電池板、電池和市電的電力的設備，它可以根據不同的模式和優先順序來分配電力，並提供穩定的電源。它適用於市電成本高或不穩定的地區，也適用於想要利用太陽能減少電費和碳排放的用戶。

1. 應用架構：
      



  在上面兩張圖中可以觀察到，搭配低壓電池的產品需要多一塊雙向DC-DC的設計，以利於降壓儲存電能，並升壓提供輸出，在整體設計上會較為複雜，也增加了部分損耗。而搭配高壓電池的架構則沒有類似的問題，但高壓電池在使用上相對危險，所以大多家用型的產品仍會以搭配低壓電池的產品為主。

        太陽能逆變器的性能和品質直接影響太陽能發電的效率和穩定性。因此，選擇合適的逆變器元件也是非常重要的。在逆變器中會大量地使用到MOSFET等驅動元件，它們負責控制電流的開關和調節，以實現最佳的轉換效率和功率因數。MOSFET的性能參數，如導通電阻、開關速度、耐壓等，會影響逆變器的損耗、噪音、溫升和可靠性。因此，選擇高品質的MOSFET是提高逆變器性能的重要因素。

        在這方面，TOSHIBA提供各種電壓等級和封裝類型的MOSFET，從12V到900V，從超小型封裝到大功率封裝，產品十分完善，且可靠度高，可滿足不同的應用需求，非常適合用於太陽能逆變器的設計。


                                                                              ( 圖片來源：TOSHIBA )

                                                                                 ( 圖片來源：TOSHIBA )

欲了解更多資料請聯絡世平集團 Kevin ( Kevin.Hong@wpi-group.com )

                                                    Ethan ( ethanhc.yang@wpi-group.com )