■ 美國國家半導(dǎo)體

目前，光伏系統(tǒng)的安裝服務(wù)公司及投資者都希望有關(guān)設(shè)備(亦即他們的投資項目)可以順利運行25年，而且在整個壽命周期內(nèi)能發(fā)揮最高的效率。但由于組件性能會隨著時間而退化(一般來說，組件的性能會以每年0.5%～1.0%的速度逐漸退化)，因此光伏系統(tǒng)的用戶一般都會按照線性比率計算某段時間內(nèi)的系統(tǒng)損耗。事實上，幾乎所有光伏系統(tǒng)都受實際操作環(huán)境的影響，以致組件性能的衰退速度遠(yuǎn)比估計值高，令投資回報低于預(yù)期。這些影響實際操作的因素包括光伏組件之間的失配、傍路二極管的熱能耗散令組件性能加速退化以及各種環(huán)境因素(如浮云、污垢及碎片等)。為了解決系統(tǒng)效率較低的問題以及確保產(chǎn)品能夠在瞬息萬變的產(chǎn)品市場中脫穎而出，光伏組件生產(chǎn)商都寄希望于智能集成電路能開辟一條新路。

近幾年來，多家電子設(shè)備供應(yīng)商相繼在市場上推出獨立式的直流/直流和直流/交流變換的電源管理產(chǎn)品。這種獨立式解決方案的優(yōu)點是可裝入目前正在使用的太陽能系統(tǒng)中。但事實上，有意將舊系統(tǒng)升級的用戶不多，若與銷售全新光伏系統(tǒng)的市場相比，升級系統(tǒng)的市場發(fā)展?jié)摿︼@得微不足道。獨立的電源管理方案也有其不足之處，例如，要添加連接線路、接地回路、外殼和支架，不但增加成本，線路設(shè)計較復(fù)雜，安裝時間更長，而且要為新添產(chǎn)品另外提供質(zhì)保。

越來越多的光伏組件生產(chǎn)商預(yù)先將智能電路內(nèi)置于組件內(nèi)，使系統(tǒng)可充分利用智能電路的優(yōu)點，提高光伏陣列的整體效率，同時降低系統(tǒng)壽命周期內(nèi)的總成本。這是一個極具成本效益的解決方案，光伏組件生產(chǎn)商可為市場提供不同的選擇。系統(tǒng)壽命周期的總成本是指包括安裝和設(shè)計時間以及所有物料成本在內(nèi)的總成本。換言之，平衡的系統(tǒng)總成本越低，意味著安裝和設(shè)計時間越短，所需的電纜/機架越少，逆變器成本以至光伏系統(tǒng)的分類成本也越低。面對來自市場的各種壓力，如價格方面的壓力、新增廠商的競爭壓力，要確保自己的產(chǎn)品能夠在市場上脫穎而出，廠商紛紛順應(yīng)市場的需要將集成電路內(nèi)置于光伏組件內(nèi)。

一 智能型太陽能光伏技術(shù)漸趨成熟

新一代的光伏組件，即智能型光伏組件開始受到市場歡迎。這種光伏組件內(nèi)置智能接線盒，可充分利用模擬電路和電源管理技術(shù)以及直流/直流電源優(yōu)化器的優(yōu)點。以全球最大的接線盒供應(yīng)商之一灝訊集團(tuán)(HUBER+SUHNER)為例，該公司已成功開發(fā)內(nèi)置美國國家半導(dǎo)體SolarMagicTMSM3320芯片組的RADOX¨SolarBox NS3接線盒(圖1)。內(nèi)置集成電路的接線盒可支持更多功能，相比僅內(nèi)置傍路二極管的接線盒性能更優(yōu)。智能接線盒采用無縫銜接的設(shè)計，可輕易裝入光伏組件內(nèi)，以提高光伏組件的性能及發(fā)電量。除灝訊集團(tuán)外，市場上還有Shoals Technologies Group、Onamba和QC Solar等多家智能接線盒生產(chǎn)商，預(yù)計陸續(xù)會有更多競爭者進(jìn)軍這個市場。

智能接線盒供應(yīng)商的產(chǎn)品都采用各自專有的設(shè)計，以確保系統(tǒng)能充分利用分布式集成電路的優(yōu)點。部分接線盒采用單件式(圖2a)設(shè)計，即由傍路二極管至集成電路的整個單元都置于同一個封閉盒內(nèi)，并通過一組接線連到下一個光伏組件。這種設(shè)計所需的元器件及連接器極少，可確保系統(tǒng)具有極高的穩(wěn)定性。部分接線盒則采用雙單元(圖2b)設(shè)計，一般來說，這種設(shè)計將帶狀電纜和傍路二極管設(shè)于連接座內(nèi)，與集成電路分開，其優(yōu)點是方便在現(xiàn)場的系統(tǒng)升級或部件更換。

由于市場上有多種智能接線盒可供選擇，各大光伏組件生產(chǎn)商都躍躍欲試，希望能在現(xiàn)有的產(chǎn)品之外添加全新的智能型產(chǎn)品系列。尚德公司(Suntech)是全球晶體硅光伏組件領(lǐng)導(dǎo)生產(chǎn)商之一。該公司最近宣布與分布式集成電路的市場領(lǐng)導(dǎo)者美國國家半導(dǎo)體攜手合作，為太陽能產(chǎn)品市場開發(fā)新產(chǎn)品。這一合作計劃已取得成果，推出的分布式集成電路可提升光伏系統(tǒng)的性能，有助于解決這類系統(tǒng)一直存在的性能問題，而且是極具成本效益的解決方案。美國國家半導(dǎo)體SolarMagic技術(shù)的優(yōu)點是可提高組件的峰值效率(99.5%)，為組件提供了3種操作模式(即降壓、升壓及直通模式)，以及在光伏組件層面(而不是一列組件)上減少電流及電壓失配問題所產(chǎn)生的不利影響。

二 智能光伏組件對于生產(chǎn)商的價值所在

光伏組件生產(chǎn)商一直在通過降價以提高產(chǎn)品的競爭力，但隨著市場對光伏組件的要求漸趨嚴(yán)格(例如要求更高的發(fā)電量及更高的效率)，若要提升性能便需增加生產(chǎn)及研發(fā)方面的開支，本已極微的利潤將更微薄。生產(chǎn)商一方面要確保其利潤，另一方面又要降價以滿足市場要求。在這樣的市場壓力之下，太陽能組件生產(chǎn)商不得不推出具有獨特個性的產(chǎn)品。目前許多大大小小的光伏組件生產(chǎn)商都在與直流/交流及直流/直流集成電路開發(fā)商合作，希望推出各種能源效率更高而又獨具個性的產(chǎn)品。

生產(chǎn)智能型光伏組件的廠商只要采用智能電路解決方案(圖3)，便可安枕無憂，因為每塊太陽電池板必定符合質(zhì)保書上所列的性能。一般來說，廠商保證在最初的10年內(nèi)組件性能不會低于規(guī)定的90%，而且在其后的15年不低于規(guī)定的80%。光伏組件若添加了集成電路，可發(fā)揮更高的性能。換言之，廠商面對的索賠個案將會減少，因為即使組件功能退化令組件失配，導(dǎo)致發(fā)電量下跌，但添加的集成電路可提升組件性能，有助于彌補這方面的損失。

三 智能光伏組件對于安裝公司/系統(tǒng)集成商的價值所在

光伏系統(tǒng)安裝公司面對的主要問題是如何確保利潤符合指標(biāo)。一般來說，這些安裝公司都屬于較小型的企業(yè)，日常運營幾乎全依靠現(xiàn)金流支持。換言之，每分錢的利潤都與公司的業(yè)務(wù)休戚相關(guān)。此外，雖然光伏系統(tǒng)目前的單位發(fā)電成本以每瓦多少美元($/W)計算，但當(dāng)光伏系統(tǒng)的單位發(fā)電成本接近傳統(tǒng)電網(wǎng)的發(fā)電成本時，衡量成本的主要標(biāo)準(zhǔn)將會改為以每度電多少美元($/kWh)計算。這是衡量產(chǎn)品質(zhì)量及性能的標(biāo)準(zhǔn)。安裝公司必須為用戶提供發(fā)電效率最高的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，才能在市場上生存。

智能型光伏組件的優(yōu)點是以整個壽命周期計的系統(tǒng)總成本較低，安裝公司及系統(tǒng)集成商可節(jié)省更多成本，因為安裝這類智能型光伏系統(tǒng)時無需避開可能會阻擋陽光的物體(如煙囪及障礙物)，可充分利用整個屋頂?shù)目臻g，有助于降低電纜、布線、機架等方面的物料成本，還可為用戶提供一個包括各種優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品在內(nèi)的全方位解決方案。此外，安裝公司也無需避開附近的障礙物或遷就屋頂?shù)膬A斜角度或方向，直接將智能型光伏組件安裝于屋頂?shù)娜魏挝恢?，全部安裝工程可一次完成，無需多次爬上屋頂進(jìn)行安裝。每塊光伏組件都內(nèi)置智能電路，串聯(lián)組成的的每列組件數(shù)可靈活增減，加上采用的MPPT算法可緩解組件失配問題，因此智能型光伏系統(tǒng)的總體成本較低，安裝光伏系統(tǒng)的服務(wù)公司不但可獲取更大的利潤，而且還可提高系統(tǒng)的發(fā)電量，使客戶也從中受益。

美國國家半導(dǎo)體等公司不斷研發(fā)新技術(shù)，致力于為系統(tǒng)的性能及穩(wěn)定性創(chuàng)立新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以確保更多業(yè)者采用分布式集成電路。芯片廠商必須為任何內(nèi)置于光伏組件的集成電路提供與光伏組件一致的25年維修保證。過去50年來，美國國家半導(dǎo)體一直為軍用裝置、航天設(shè)備和汽車電子系統(tǒng)提供各種集成電路，目前的服務(wù)范圍更擴(kuò)大至光伏系統(tǒng)，加上公司的財政穩(wěn)固，所經(jīng)營的業(yè)務(wù)具有極高的盈利能力，因此有足夠的實力可為大型的太陽能發(fā)展項目提供支持。一直以來，智能電路被視為光伏系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。但經(jīng)過多年的發(fā)展，該技術(shù)已發(fā)展成熟，系統(tǒng)的質(zhì)量與可靠性都獲得保證，廠商免費為其產(chǎn)品提供維護(hù)，令智能電路漸受市場歡迎。

四 光伏系統(tǒng)用戶也可從智能光伏組件中受惠

光伏系統(tǒng)用戶極為關(guān)注兩個重要問題：第一，提供產(chǎn)品的光伏系統(tǒng)安裝公司是否信譽可靠，其工程技術(shù)是否符合規(guī)定的質(zhì)量要求；第二，如何盡量提高系統(tǒng)的發(fā)電量，減少電費支出，確保投資回報符合當(dāng)初的估計。目前選購智能型光伏系統(tǒng)的用戶從工程項目開始的一刻起，所安裝的系統(tǒng)必定符合性能規(guī)定，而且每年提供的投資回報也符合要求。一直以來，許多選購光伏系統(tǒng)的用戶都相信，系統(tǒng)一經(jīng)安裝其性能及效率可在隨后的25年內(nèi)保持不變，但在很多情況下，直到保修期過半，才發(fā)覺實際表現(xiàn)與原先估計有出入。造成這個現(xiàn)象的原因很多，如光伏系統(tǒng)中各光伏組件逐年退化、導(dǎo)線/電纜的效率不斷下降、物料老化和光伏組件之間出現(xiàn)失配等。

智能型光伏系統(tǒng)會不斷調(diào)整一整列內(nèi)或多列光伏組件之間的電流和電壓，以減輕失配造成的影響。用戶可放心安裝這類智能型光伏系統(tǒng)，提高系統(tǒng)發(fā)電量，并將kWh計的單位發(fā)電成本降到最低。

尚德、Canadian Solar和GESOLAR等公司(圖4)正在開發(fā)的智能型光伏組件可提高整套太陽能光伏系統(tǒng)的能源效率，以產(chǎn)品的整個壽命周期計，實際效率甚至可提高25%。更高的能源效率、更少系統(tǒng)故障以及產(chǎn)品具有獨特功能，都是光伏組件廠商不斷努力完成的目標(biāo)。預(yù)計2011年第一季度上述廠商將在市場上正式推出經(jīng)過認(rèn)證的智能型光伏組件。