東日本大地震后，在停電時(shí)確保電力供給的需求增大，因此，太陽能電池功率調(diào)節(jié)器與其他能源相關(guān)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)，首先是從與蓄電池組合使用開始的。

　　松下公司2012年3月上市了使太陽能電池與蓄電池的功率調(diào)節(jié)器一體化的“PowerStation”。

　　具體而言，PowerStation由分別支持太陽能電池和蓄電池的DC-DC轉(zhuǎn)換器和一個(gè)雙向DC-AC逆變器構(gòu)成。蓄電池采用容量為4.65kWh的鋰離子充電電池，功率調(diào)節(jié)器的額定容量為5.5kW。

　　一體化的優(yōu)點(diǎn)在于停電時(shí)的工作方式。停電時(shí)無需經(jīng)由逆變器即可將太陽能電池的輸出電力直接存儲(chǔ)到蓄電池中。這樣就消除了逆變器造成的損失，由此，即使太陽能電池的輸出電力較少，也能高效率地進(jìn)行蓄電(圖6)注2)。此次上市的產(chǎn)品配備了專門針對(duì)停電的功能，將來還可推出與其他能源設(shè)備配套實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)轉(zhuǎn)的產(chǎn)品等。

圖6：組合使用太陽能電池和蓄電池

　　松下從2012年3月21日開始受理同時(shí)控制太陽能電池和蓄電池的“PowerStation”的訂單(a)。夏普2013年1月17日上市了與太陽能電池聯(lián)動(dòng)的蓄電池系統(tǒng)(b)。(圖(a)由《日經(jīng)電子》根據(jù)采訪資料推測(cè)，(b)由《日經(jīng)電子》根據(jù)夏普的資料制作。)

　　注2)夏普的產(chǎn)品雖然機(jī)殼分為兩部分，但停電時(shí)，太陽能電池的輸出電力可以直接輸出到蓄電池的功率調(diào)節(jié)器中。

　　田淵電機(jī)公司除了太陽能電池和蓄電池的一體型功率調(diào)節(jié)器外，還在積極進(jìn)行研發(fā)，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)還可與燃料電池及風(fēng)力發(fā)電機(jī)等共用的“混合功率調(diào)節(jié)器”注3)。例如，該公司與大阪燃?xì)夤�司合作，共同開發(fā)可在太陽能電池和燃料電池間共用的功率調(diào)節(jié)器。目前燃料電池輸出的電力不能出售，因此當(dāng)燃料電池的輸出超過家庭內(nèi)的負(fù)荷時(shí)，就通過功率調(diào)節(jié)器增加熱水器的負(fù)荷等。田淵電機(jī)預(yù)見到日本將實(shí)現(xiàn)電力自由化，因此還在開發(fā)“賣電控制器”等，利用這種設(shè)備就可以換算相應(yīng)日期時(shí)間而變化的電費(fèi)，或篩選能夠出售的電力進(jìn)行售電。

　　注3)田淵電機(jī)向兩家OEM客戶交付了組合使用了太陽能電池和蓄電池的功率調(diào)節(jié)器的產(chǎn)品。

　　使產(chǎn)品小型化以便于采用

　　關(guān)于功率調(diào)節(jié)器的差異化技術(shù)，廠商正在研究配備效率比現(xiàn)有硅功率元件高的GaN和SiC功率元件。其中，安川電機(jī)公司計(jì)劃在2014年內(nèi)上市配備GaN功率元件的住宅用途功率調(diào)節(jié)器。該公司逆變器事業(yè)部環(huán)境能源設(shè)備事業(yè)統(tǒng)括部事業(yè)統(tǒng)括部長(zhǎng)山田達(dá)哉稱，為實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，“如今正準(zhǔn)備著手進(jìn)行設(shè)計(jì)”。

　　安川電機(jī)的目標(biāo)不僅僅是通過新一代功率元件提高功率調(diào)節(jié)器的效率。山田稱：“由于住宅用途難以實(shí)現(xiàn)差異化，因此要以絕對(duì)小型化作為產(chǎn)品的特點(diǎn)�！痹摴�司于2012年推出的額定容量為4.5kW的試制品與原有產(chǎn)品相比，電力轉(zhuǎn)換效率提高了約2個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)還將體積削減了約45%，重量減輕約27%(圖7)注4)。

圖7：利用GaN和SiC提高效率

　　廠商目前正在研究采用新的功率半導(dǎo)體提高電力轉(zhuǎn)換效率。安川電機(jī)將于2014年上市配備GaN的功率調(diào)節(jié)器(a)。田淵電機(jī)公開了配備SiC的試制品(b)。(圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)各公司的資料制作)

　　注4)田淵電機(jī)在2013年2月的展會(huì)上公開了采用SiC功率元件的試制品。雖然是一款額定容量為1.8kW的小型功率調(diào)節(jié)器，但電力轉(zhuǎn)換效率提高了2個(gè)百分點(diǎn)左右。安川電機(jī)和田淵電機(jī)均將根據(jù)額定容量，區(qū)分使用SiC制和GaN制功率元件。

　　新一代功率元件具有降低電力損失、抑制發(fā)熱的效果，及通過提高開關(guān)頻率縮小電抗器等外設(shè)尺寸的效果等，因此，通過采用新一代功率元件就能夠使功率調(diào)節(jié)器小型化�，F(xiàn)有功率調(diào)節(jié)器的小型化自不必說，正在開發(fā)的、統(tǒng)管多種能源相關(guān)設(shè)備的功率調(diào)節(jié)器也有望實(shí)現(xiàn)小型化。例如，松下PowerStation的外形尺寸達(dá)到630mm×1500mm×250mm，估計(jì)今后小型化需求將會(huì)增大。

　　不過，新一代功率元件要成為主流，關(guān)鍵在于性價(jià)比。田淵電機(jī)估算，如果能把電力轉(zhuǎn)換效率提高1個(gè)百分點(diǎn)的成本上升控制在720日元內(nèi)，新一代功率元件就能得到廣泛采用。

　　以目前各廠家充滿特性的樣品為基礎(chǔ)，根據(jù)假設(shè)量產(chǎn)價(jià)格的平均值進(jìn)行成本計(jì)算，將DC-DC轉(zhuǎn)換器電路的效率提高0.5個(gè)百分點(diǎn)需要450日元，將DC-AC逆變器電路的效率提高0.5個(gè)百分點(diǎn)需要3000日元。加在一起后，提高1個(gè)百分點(diǎn)就需要增加成本3450日元。最近，由于各公司相繼推出了GaN和SiC功率元件，功率調(diào)節(jié)器廠商對(duì)實(shí)現(xiàn)720日元的成本寄予厚望。

　　還監(jiān)控模塊

　　在其他差異化技術(shù)方面，還出現(xiàn)了將包括電網(wǎng)及其他設(shè)備在內(nèi)的所有信息都集中到功率調(diào)節(jié)器上，使之變身為EMS“中樞”設(shè)備的動(dòng)向。其中之一，是一種名為功率優(yōu)化器(Optimizer)*的產(chǎn)品，在日本已逐漸開始設(shè)置(圖8)。例如，福岡縣的一家百萬瓦級(jí)太陽能設(shè)施已針對(duì)250kW的設(shè)備試采用了美國(guó)Tigo Energy公司的功率優(yōu)化器。

圖8：開始采用功率優(yōu)化器

　　可提高輸出功率、監(jiān)控模塊工作狀況的功率優(yōu)化器已經(jīng)開始得到采用(a)。以色列SolarEdge Technologies公司2013年2月開始面向日本供貨(b)。((a)由Tigo Energy拍攝)

　　*功率優(yōu)化器(Optimizer)：設(shè)置在太陽能電池模塊上，控制各模塊實(shí)現(xiàn)最佳輸出的設(shè)備。升降壓方式的產(chǎn)品還被稱為“微轉(zhuǎn)換器”。

　　功率優(yōu)化器原本的作用是使各模塊的輸出功率實(shí)現(xiàn)最大化。通過功率優(yōu)化器調(diào)整阻抗或進(jìn)行升降壓，以使各模塊實(shí)現(xiàn)最佳的電壓和電流。Tigo Energy稱，利用功率優(yōu)化器“有望增加幾個(gè)百分點(diǎn)的輸出”。

　　除了上述優(yōu)點(diǎn)外，功率優(yōu)化器還逐個(gè)監(jiān)控各模塊的狀態(tài)，因此能夠盡早發(fā)現(xiàn)故障。高電壓下發(fā)生的PID(Potential Induced Degradation)現(xiàn)象已成為業(yè)界的熱門話題，因此用戶對(duì)模塊狀態(tài)的關(guān)心日益高漲。功率調(diào)節(jié)器處理的信息今后還將繼續(xù)增加。