電力調節器PV系統中,不管是電池充/放電(Charge/Discharge)控制,或將直流轉換成交流設備,於電路上均是做電力調節工作,類似冷氣機(Air Conditioner)之空氣調節功能,因此這些設備統稱為電力調節器(Power Conditioner)。
在配有蓄電池的獨立型系統中,電力調節器功能主要在做充電與放電調節,白天日出時充電控制器將PV陣列獲得直流輸出對蓄電池進行充電,夜晚時放電控制器再將蓄電池電能點亮照明設備,這種模式不需將蓄電池直流轉換成交流,祇要選擇與蓄電池電壓吻合的直流燈具即可。
整個PV系統中,充電控制器效能好壞對整體效率有極大的影響力,下圖為簡單型無最大功率點追蹤MPPT功能運作範圍,當蓄電池電壓範圍介於Vmin~Vmax之間,在三個不同日照強度下,充電控制器僅能隨蓄電池端電壓工作於不同日照強度A、B、C軌跡之PA1~PA2、PB1~PB2、PC1~PC2範圍內,由於未能工作於最大功率點MPPA、MPPB及MPPC,因此會有約30%以上之損失。
| 無MPPT功能充電控制器運作範圍 |
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有MPPT功能充電控制器能依不同日照強度隨時工作於最大功率點,當蓄電池達飽和電壓時充電控制器必需停止充電,過度充電不但未能增加蓄電量反而縮短蓄電池壽命;飽和電壓大小會隨著蓄電池種類有所差異。
有些充電控制器可由PV陣列及交流市電取用,這種充電控制器主要以電源穩定度為設計重點,應用於不斷電系統UPS(Uninterruptted Power System),並不考慮PV系統效能,因此常造成夜晚時交流市電已經將蓄電池充滿,白天卻無法利用PV陣列來充電。
| 以UPS為考量而設計的充電控制器 |
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放電控制器以開/關(On/Off)動作來啟閉用電負載,當蓄電池下降至截止電壓時,控制器強迫將電路切離,避免蓄電池過度放電,縮短蓄電池使用壽命;有些控制器外加導通時間設定,可以達到自動切斷的功能。
獨立型系統要供應交流市電規格的照明負載,系統中就必須有將蓄電池直流轉換成交流的換流器設備,換流器依輸出波形有矩形波(Square Wave),準正弦波(Modified Sine Wave)及真正弦波(True Sine Wave)。
| 換流器依輸出波形的分類 |
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矩形波由於電路簡單,價格最便宜,可是諧波成分大對鄰近無線電設備容易造成干擾,電力品質最差,對用電設備也有不良影響;真正弦波電力品質最佳,由於需額外濾波元件,會增加重量及體積,可是對用電設備的低衝擊是值得信賴。
併網型換流器由PV陣列輸出之直流電壓轉換成交流市電,一方面對直流輸入端調節電流大小,讓PV陣列工作於最大功率點MPPT,以獲取最大能量,另一方面偵測交流市電相位與電壓以電流輸出方式強迫將交流輸出,這些功能是一般工業用換流器所沒有的,因此併網型換流器是針對太陽光電發電設計專屬規格產品。
| 併網型換流器有別於工業應用換流器 |
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換流器輸出因與交流市電並聯,在規格上需特別注意,輸入端必須與太陽能陣列搭配外,輸出端也要吻合當地市電壓與頻率,孤島效應偵測一般採被動式及主動式雙重防護:
1.被動式:量測電壓、頻率與相位幅度,當超過範圍設定值時,做為切離市電之依據。
2.主動式:電力系統的不確定性,被動式保護尚無法完全判斷,須再加入偵測線路阻抗並計算電壓頻率及相位變化率,當超過範圍時主動切離市電 。
換流器規格主要分成:輸入端、輸出端、保護功能及其他。
輸入端規格有:
- 最大DC功率(Max. DC power)
- 最大DC電壓(Max. DC voltage):PV陣列可能最高電壓需低於此規格。
- MPPT電壓範圍(PV-voltage range):可以追蹤最大功率點電壓範圍,日照強度受大氣影響變化極大,相對地變動範圍的PV最大功率點電壓必需是MPPT電壓範圍。
- 最大輸入電流(Max. input current):可允許輸入最大電流。
- 最大組列數(Max. number of strings):快速連接器MC有幾組可供輸入數。
輸出端規格有:
- 最大AC功率(Max. AC voltage)
- 標稱AC功率(Nominal AC power)
- 饋網電流三次諧波(THD of grid current)
- 標稱AC電壓(Nominal AC voltage)
- 標稱AC額定頻率(Nominal AC frequency)
- 功率因數(Power factor):輸出電壓與電流相位角Θ(Phase Angle)餘弦值,即CosΘ。
- 最高效率(Max. efficiency):交流輸出功率除以直流輸入功率百分比最大值。
- 歐洲效率(Euro-eta):歐洲效率是另一種效率表示方式,定義是根據標稱功率之5%、10%、20%、30%、50%及100%五個工作點的效率予以加權計算而得,表示式如下:
η=0.03η5+0.06η10+0.13η20+0.1η30+0.48η50+0.2η100 - 防護等級IP(International Protection):防護等級以IP帶頭,後由2位數字組成,第一個數字表示對於固體外來物質的防護等級,第二個數字表示對於水的防護等級,例如:IP65為密閉防塵、對噴射水具防護等級,下表為兩位數字代表意義。
表(1):防護等級數字代表意義 |
第一個數字 | 0 | 無防護 | 1 | 防護直徑大於或等於50mm的固體外來物質 | 2 | 防護直徑大於或等於12.5mm的固體外來物質 | 3 | 防護直徑大於或等於2.5mm的固體外來物質 | 4 | 防護直徑大於或等於1.0mm的固體外來物質 | 5 | 防塵(灰塵並非完全隔離) | 6 | 密閉防塵 |
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| 第二個數字 | 0 | 無防護 | 1 | 對垂直掉落水滴的防護 | 2 | 當護罩傾斜15度時對垂直掉落水滴的防護 | 3 | 對灑水的防護 | 4 | 對潑濺水的防護 | 5 | 對噴射水的防護 | 6 | 對強壓噴射水柱的防護 | 7 | 對短時間浸入水中(30分鐘)的防護 | 8 | 對持續性浸入水中的防護 |
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