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为因应亚太与美国太阳能市场在未来数年内的抢装潮，各太阳能厂商皆戮力达成太阳能与“市电同价”的目标，并设法降低对政府补贴的依赖，因而使高转换效率、可侦测环境因素的智慧型太阳能发电系统备受重视，成为业者争取更高市占率的关键利器。
为争食亚洲新兴市场与北美市场的市占率，全球太阳能厂商朝向更高转换效率的发电系统开发已是必然的趋势。而为尽早达成“市电同价”的目标，由具备高转换效率的高聚光型太阳能(High Concentrated Photovoltaic, HCPV)技术与可优化发电效率的功率优化器(Optimizer)所实现的智慧型太阳能发电系统，遂成为各家厂商研发的焦点，期盼透过智慧型太阳能发电系统进一步强化产品竞争力，以扩大市场版图。
然而，根据太阳能产业研究机构EuPD Research预估，全球太阳能设备整体装机数量受到欧债风暴的波及，将可能从2011年的22GW骤降为17GW，市场需求若再持续疲软，恐怕将进一步压缩二线太阳能电池厂商生存的空间(图1)。
图1 2007～2013年全球太阳能设备整体装机量分析 资料来源：EuPD Research
太阳能景气回暖趋缓 二线厂营运岌岌可危
图2 EuPD Research台湾区总监林辉昛表示，欧洲市场需求减弱，挤压二线的太阳能电池厂生存空间，市场汰弱留强的局势日趋显著。
EuPD Research台湾区总监林辉(图2)表示，以欧洲为主要出货市场的太阳能产业，受到欧债问题持续扩大以及德国政府将设太阳能设备安装上限等因素，2012年整体出货量将向下滑落。而太阳能市场受经济问题与政策因素影响，需求开始紧缩，导致仅仅一线太阳能电池厂的产能，就出现供过于求的状况，更遑论二线太阳能电池厂，市场淘汰的阴影已开始加速笼罩太阳能产业。
林辉进一步指出，面临欧洲市场需求不振的窘境，太阳能业者除减产因应外，积压许久的库存也必须消耗殆尽，因此，为纾解库存压力，各大厂商纷纷将电池与模组降价求售。然而，在众多厂商激烈竞争的同时，也造成价格战的红海漩涡越卷越大，若二线太阳能电池厂没有强而有力的财团在背后撑腰，在市场长期削价竞争的压力下，资金周转恐将日趋艰困，最终使公司营运状况不佳，导致整并潮可能于2012年大量涌现。
据了解，目前台湾太阳能业者从上游的矽晶圆厂包括中美晶、绿能以及中游太阳能电池厂如茂迪、益通、升阳科等公司，背后皆有“富爸爸”相挺，可望藉由充沛的资金渡过此一低迷景气。相形之下，由于中国大陆的太阳能业者仅少数几间企业受到政府全力挹助，而绝大多数是规模小、产能较低的厂商，在全球市况不稳与市场价格竞争激烈等双重冲击下，中国的二线太阳能业者已开始面临一波波席卷而来的倒闭潮。
另一方面，根据研究机构EuPD Research研究报告显示，虽然2011年欧洲市场占整体太阳能设备出货量约80%以上，但2012年因受欧债因素影响将萎缩40%的占比，反观如中国大陆、印度等亚洲新兴市场与北美市场的全球太阳能出货量占比，则可望从原本的20%提升至35%，显见北美、亚洲市场的市场需求转强，让此两个市场的太阳能出货量已可逐渐追上欧洲市场。面对新的市场商机崛起，太阳能业者如何藉由更先进的太阳能发电技术提升转换效率，进而强化产品竞争力以拓展亚洲、北美等市场遂至关重要。
因此，已有业者积极发展以砷化镓作为太阳能电池原料的HCPV发电系统，透过聚光技术、追日系统，以及将电池微型化等方式，达到低成本、高转换效率等优势，期在大型发电应用中取代核能发电。
取代核电厂有望 HCPV发电系统受瞩目
图3 亿芳能源科技总经理陈以礼指出，未来全球都将会实施碳税的征收，届时可望促进更多CPV的建置，市场发展也将更趋蓬勃。
亿芳能源科技总经理陈以礼(图3)表示，在全球环保意识高涨下，除产品本身的发电成本外，未来还必须考量产品在生产过程中的碳税成本。现行的燃煤、核能、地热等发电技术，不仅对环境破坏较大，且加入碳税评估后，每度发电成本皆大幅提升，然而若用排碳量较低的风力、水力与太阳能等再生能源发电，却又往往有发电效率不足以及无法在用电尖峰提供稳定供电等缺陷。为因应此一问题，HCPV发电系统藉由高转换效率与低碳排放量等优势，可真正实现再生能源应用于大型发电厂中的愿景。
陈以礼进一步指出，由于聚光型太阳能(CPV)发电系统使用如砷化镓、锗和磷镓等III-V族太阳能电池，可运用其多接面电池能吸收不同光谱太阳光的特性，吸收到更多的能量，进而大幅提高电池的转换效率。而CPV发电系统中又以HCPV的发电效率最佳，其利用较大面积的透镜或反射镜使阳光聚焦在极小面积的太阳能电池上，减少昂贵的太阳能电池使用面积并增加其效率。此外，还采用单轴或双轴的追日系统追踪太阳的方向提高效能，最后再搭配有效的散热设备，避免太阳能电池因温度升高导致转换率下降，完善整个HCPV发电系统。
事实上，若能大量兴建HCPV电厂，除可减少台湾对核能发电的过度依赖，让非核家园早日实现外，更重要的是，对台湾电子与其他工业产品而言，由于“碳足迹”的减量，在未来被欧盟与其他国家课的碳关税也会相对较低，进而使台湾的加工出口业更具竞争力。
为了积极应用于大型电厂中，目前亿芳的排湾II(Paiwan II)高聚光太阳能模组电池转换效率已经达到32.02%，比单、多矽晶太阳模组约15%的发电效率高上许多；尽管目前此发电系统的每瓦建置成本仍高，但每度发电成本却是所有太阳能系统中最低，因此，透过大规模的布建后可望再降低成本。而HCPV太阳能模组目前主要的应用于中、大型的发电厂，或是须要供给稳定及发电量需求大的地区使用，并且已经通过IEC 62108与UL 8703两项安全与性能的测试认证项目。
据了解，亿芳在国内外的电厂建置市场皆相当活跃。国内方面，该公司曾参与建置台湾第一座太阳能示范电厂“路竹1MW高聚光型太阳能电厂”建设案，在高雄县路竹乡竹沪村架设一百四十一座太阳能聚光板架，且都设有全天候的追日系统，可迎向阳光，每座板架设置六十组、四十组压克力凸透镜聚光模组，总发电量约为100万瓦(1MW)，预计每年可减少660～670吨二氧化碳排放；国外部分，亿芳在阿布达比绿能城(Masdar City)获得电厂建置的标案，预定2011年底完工。
另一方面，透过加装功率优化器也可大幅提升转换效率，并将逆变器(Inverter)功能化繁为简降低成本。装置功率优化器可确实让每一个太阳能电池发挥最佳效能，并随时监控电池耗损状态，实现真正的智慧型太阳能发电系统。
提升太阳能系统效率 功率优化器露锋芒
图4 意法半导体电源管理专案经理王建田表示，加装功率优化器后，可强化最佳功率追踪的运算功能，进而提高太阳能光电转换效率。
意法半导体(ST)电源管理专案经理王建田(图4)表示，过往太阳能逆变器是连接太阳能发电系统与市电的关键元件，并透过逆变器对太阳能电池作出最佳功率点追踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)以提高光电转换效率。然而，由于传统集中式逆变器的最佳功率点追踪功能是一次控制数十个以上的太阳能电池作出反应，往往无法确实做到最佳功率点追踪，进而使转换效率低落，且无法即时得知电池耗损状况，而上述这些问题，现今只要加装功率优化器即可迎刃而解。
王建田进一步表示，功率优化器是介于发电系统与逆变器之间的装置，主要任务是替代逆变器原本的最佳功率点追踪功能。功率优化器藉由将线路简化以及单一太阳能电池即对应一个功率优化器等方式，以类比式进行极为快速的最佳功率点追踪扫描，进而让每一个太阳能电池皆可确实达到最佳功率点追踪，除此之外，还能藉置入通讯晶片随时随地监控电池状态，即时回报问题，让相关人员尽速维修。
据了解，ST为掌握此一市场商机，已推出一款功率优化器--SPV1020。该功率优化器经测试后，在一般正常日照情况下，可较无优化器的太阳能电池多出12%的转换效率；若是在有阴影遮蔽的日照情况下，则发电效率比没有安装功率优化器多出38%。由此数据显见，有无装置功率优化器对转换效率的影响极大，而转换效率差异如此悬殊的关键因素，则在于功率优化器在最佳功率点追踪运算功能方面能较逆变器发挥得更好、更稳定，因此无论是在日照或阴影遮蔽下，皆可让太阳能电池的转换效率达到最佳的数据。
事实上，ST与台达电早在2010年6月即开始针对SPV1020功率优化器进行合作计划，在经过产品测试、验证后，台达电已正式向ST采购该功率优化器的晶片，目前台达电已做出相关原型机供其客户测试，预计2013年此系列产品将开始量产，未来主要将应用在大型太阳能发电系统。
为了使功率点追踪设计具有最高效能，可使用太阳能阵列模拟器(Solar Array)模拟各种光源环境，藉此撷取逆变器功率点追踪的效能，提供原始设备制造商(OEM)更多设计时的参考数据，进而增加客户的产品竞争力。
撷取最佳功率点 太阳能模拟器角色吃重
图5 安捷伦电子量测事业群应用工程部资深专案经理祁子年强调，太阳能阵列模拟器可为逆变器于不同光照环境中，测得最佳功率追踪点。
安捷伦(Agilent)电子量测事业群应用工程部资深专案经理祁子年(图5)表示，由于逆变器是直接影响太阳能模组直流对交流(DC-AC)转换的关键零组件之一，因此如何为逆变器的最佳功率点追踪效能进行精准且有效率的测试，对于太阳能电池转换效率的提升至关重要。
祁子年进一步指出，为满足逆变器制造业者的量测需求，许多仪器厂商纷纷推出太阳能阵列模拟器。藉由太阳能阵列模拟器可精确的模拟如日蚀、旋转、转动、年限和温度等不同光照环境的条件下电流与电压(I-V)曲线的变化。从而让客户透过输入不同的光源条件参数，测得逆变器在各种光源环境下呈现的最佳功率点追踪效能，藉此去修正逆变器的整体电路设计以提升最佳功率点追踪的效能。
事实上，安捷伦已推出一款模组式太阳能阵列模拟器--E4360，可以让研发工程师、制造工程师和系统整合业者准确模拟包含阴影在内的各种光照环境条件下I-V曲线的变化，进而测试并且撷取逆变器的最佳功率点追踪效能，提供客户当作产品设计时的参考资料。该量测仪器提供了两组电源输出，每组输出最高可以提供600瓦(W)，并且提供第二代通用序列汇流排(USB 2.0)、区域网路(LAN)和通用介面汇流排(GPIB)等介面，作为标准配备的太阳能阵列模拟器，这使其能以较为低廉的成本以及个人电脑(PC)进行连接。使用者可以利用任何一种网页浏览器，透过内建的网页伺服器和图形使用者介面远端操作及监控该仪器。
尽管太阳能产业目前的景气正处于供需尚待平衡的阶段，但是已经有许多的厂商开始瞄准逆变器这块市场的庞大商机。祁子年认为，由于现今太阳能产业无论是上游材料的矽晶圆或者中游的太阳能电池、模组皆已呈现供过于求的窘境，加上太阳能面板至少都保固20年以上，反观逆变器却每3～5年就必须得更换一次，而且对于太阳能市电转换效率的影响甚钜，其市场的需求量自然相对较高，因此，包含台达电、茂迪等台湾厂商也皆已开始跨足此一新商机，进而为逆变器相关产品的测试需求带来成长的动能。
为争食亚洲新兴市场与北美市场的市占率，全球太阳能厂商朝向更高转换效率的发电系统开发已是必然的趋势。而为尽早达成“市电同价”的目标，由具备高转换效率的高聚光型太阳能(High Concentrated Photovoltaic, HCPV)技术与可优化发电效率的功率优化器(Optimizer)所实现的智慧型太阳能发电系统，遂成为各家厂商研发的焦点，期盼透过智慧型太阳能发电系统进一步强化产品竞争力，以扩大市场版图。
然而，根据太阳能产业研究机构EuPD Research预估，全球太阳能设备整体装机数量受到欧债风暴的波及，将可能从2011年的22GW骤降为17GW，市场需求若再持续疲软，恐怕将进一步压缩二线太阳能电池厂商生存的空间(图1)。
图1 2007～2013年全球太阳能设备整体装机量分析 资料来源：EuPD Research
太阳能景气回暖趋缓 二线厂营运岌岌可危
图2 EuPD Research台湾区总监林辉昛表示，欧洲市场需求减弱，挤压二线的太阳能电池厂生存空间，市场汰弱留强的局势日趋显著。
EuPD Research台湾区总监林辉(图2)表示，以欧洲为主要出货市场的太阳能产业，受到欧债问题持续扩大以及德国政府将设太阳能设备安装上限等因素，2012年整体出货量将向下滑落。而太阳能市场受经济问题与政策因素影响，需求开始紧缩，导致仅仅一线太阳能电池厂的产能，就出现供过于求的状况，更遑论二线太阳能电池厂，市场淘汰的阴影已开始加速笼罩太阳能产业。
林辉进一步指出，面临欧洲市场需求不振的窘境，太阳能业者除减产因应外，积压许久的库存也必须消耗殆尽，因此，为纾解库存压力，各大厂商纷纷将电池与模组降价求售。然而，在众多厂商激烈竞争的同时，也造成价格战的红海漩涡越卷越大，若二线太阳能电池厂没有强而有力的财团在背后撑腰，在市场长期削价竞争的压力下，资金周转恐将日趋艰困，最终使公司营运状况不佳，导致整并潮可能于2012年大量涌现。
据了解，目前台湾太阳能业者从上游的矽晶圆厂包括中美晶、绿能以及中游太阳能电池厂如茂迪、益通、升阳科等公司，背后皆有“富爸爸”相挺，可望藉由充沛的资金渡过此一低迷景气。相形之下，由于中国大陆的太阳能业者仅少数几间企业受到政府全力挹助，而绝大多数是规模小、产能较低的厂商，在全球市况不稳与市场价格竞争激烈等双重冲击下，中国的二线太阳能业者已开始面临一波波席卷而来的倒闭潮。
另一方面，根据研究机构EuPD Research研究报告显示，虽然2011年欧洲市场占整体太阳能设备出货量约80%以上，但2012年因受欧债因素影响将萎缩40%的占比，反观如中国大陆、印度等亚洲新兴市场与北美市场的全球太阳能出货量占比，则可望从原本的20%提升至35%，显见北美、亚洲市场的市场需求转强，让此两个市场的太阳能出货量已可逐渐追上欧洲市场。面对新的市场商机崛起，太阳能业者如何藉由更先进的太阳能发电技术提升转换效率，进而强化产品竞争力以拓展亚洲、北美等市场遂至关重要。
因此，已有业者积极发展以砷化镓作为太阳能电池原料的HCPV发电系统，透过聚光技术、追日系统，以及将电池微型化等方式，达到低成本、高转换效率等优势，期在大型发电应用中取代核能发电。
取代核电厂有望 HCPV发电系统受瞩目
图3 亿芳能源科技总经理陈以礼指出，未来全球都将会实施碳税的征收，届时可望促进更多CPV的建置，市场发展也将更趋蓬勃。
亿芳能源科技总经理陈以礼(图3)表示，在全球环保意识高涨下，除产品本身的发电成本外，未来还必须考量产品在生产过程中的碳税成本。现行的燃煤、核能、地热等发电技术，不仅对环境破坏较大，且加入碳税评估后，每度发电成本皆大幅提升，然而若用排碳量较低的风力、水力与太阳能等再生能源发电，却又往往有发电效率不足以及无法在用电尖峰提供稳定供电等缺陷。为因应此一问题，HCPV发电系统藉由高转换效率与低碳排放量等优势，可真正实现再生能源应用于大型发电厂中的愿景。
陈以礼进一步指出，由于聚光型太阳能(CPV)发电系统使用如砷化镓、锗和磷镓等III-V族太阳能电池，可运用其多接面电池能吸收不同光谱太阳光的特性，吸收到更多的能量，进而大幅提高电池的转换效率。而CPV发电系统中又以HCPV的发电效率最佳，其利用较大面积的透镜或反射镜使阳光聚焦在极小面积的太阳能电池上，减少昂贵的太阳能电池使用面积并增加其效率。此外，还采用单轴或双轴的追日系统追踪太阳的方向提高效能，最后再搭配有效的散热设备，避免太阳能电池因温度升高导致转换率下降，完善整个HCPV发电系统。
事实上，若能大量兴建HCPV电厂，除可减少台湾对核能发电的过度依赖，让非核家园早日实现外，更重要的是，对台湾电子与其他工业产品而言，由于“碳足迹”的减量，在未来被欧盟与其他国家课的碳关税也会相对较低，进而使台湾的加工出口业更具竞争力。
为了积极应用于大型电厂中，目前亿芳的排湾II(Paiwan II)高聚光太阳能模组电池转换效率已经达到32.02%，比单、多矽晶太阳模组约15%的发电效率高上许多；尽管目前此发电系统的每瓦建置成本仍高，但每度发电成本却是所有太阳能系统中最低，因此，透过大规模的布建后可望再降低成本。而HCPV太阳能模组目前主要的应用于中、大型的发电厂，或是须要供给稳定及发电量需求大的地区使用，并且已经通过IEC 62108与UL 8703两项安全与性能的测试认证项目。
据了解，亿芳在国内外的电厂建置市场皆相当活跃。国内方面，该公司曾参与建置台湾第一座太阳能示范电厂“路竹1MW高聚光型太阳能电厂”建设案，在高雄县路竹乡竹沪村架设一百四十一座太阳能聚光板架，且都设有全天候的追日系统，可迎向阳光，每座板架设置六十组、四十组压克力凸透镜聚光模组，总发电量约为100万瓦(1MW)，预计每年可减少660～670吨二氧化碳排放；国外部分，亿芳在阿布达比绿能城(Masdar City)获得电厂建置的标案，预定2011年底完工。
另一方面，透过加装功率优化器也可大幅提升转换效率，并将逆变器(Inverter)功能化繁为简降低成本。装置功率优化器可确实让每一个太阳能电池发挥最佳效能，并随时监控电池耗损状态，实现真正的智慧型太阳能发电系统。
提升太阳能系统效率 功率优化器露锋芒
图4 意法半导体电源管理专案经理王建田表示，加装功率优化器后，可强化最佳功率追踪的运算功能，进而提高太阳能光电转换效率。
意法半导体(ST)电源管理专案经理王建田(图4)表示，过往太阳能逆变器是连接太阳能发电系统与市电的关键元件，并透过逆变器对太阳能电池作出最佳功率点追踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)以提高光电转换效率。然而，由于传统集中式逆变器的最佳功率点追踪功能是一次控制数十个以上的太阳能电池作出反应，往往无法确实做到最佳功率点追踪，进而使转换效率低落，且无法即时得知电池耗损状况，而上述这些问题，现今只要加装功率优化器即可迎刃而解。
王建田进一步表示，功率优化器是介于发电系统与逆变器之间的装置，主要任务是替代逆变器原本的最佳功率点追踪功能。功率优化器藉由将线路简化以及单一太阳能电池即对应一个功率优化器等方式，以类比式进行极为快速的最佳功率点追踪扫描，进而让每一个太阳能电池皆可确实达到最佳功率点追踪，除此之外，还能藉置入通讯晶片随时随地监控电池状态，即时回报问题，让相关人员尽速维修。
据了解，ST为掌握此一市场商机，已推出一款功率优化器--SPV1020。该功率优化器经测试后，在一般正常日照情况下，可较无优化器的太阳能电池多出12%的转换效率；若是在有阴影遮蔽的日照情况下，则发电效率比没有安装功率优化器多出38%。由此数据显见，有无装置功率优化器对转换效率的影响极大，而转换效率差异如此悬殊的关键因素，则在于功率优化器在最佳功率点追踪运算功能方面能较逆变器发挥得更好、更稳定，因此无论是在日照或阴影遮蔽下，皆可让太阳能电池的转换效率达到最佳的数据。
事实上，ST与台达电早在2010年6月即开始针对SPV1020功率优化器进行合作计划，在经过产品测试、验证后，台达电已正式向ST采购该功率优化器的晶片，目前台达电已做出相关原型机供其客户测试，预计2013年此系列产品将开始量产，未来主要将应用在大型太阳能发电系统。
为了使功率点追踪设计具有最高效能，可使用太阳能阵列模拟器(Solar Array)模拟各种光源环境，藉此撷取逆变器功率点追踪的效能，提供原始设备制造商(OEM)更多设计时的参考数据，进而增加客户的产品竞争力。
撷取最佳功率点 太阳能模拟器角色吃重
图5 安捷伦电子量测事业群应用工程部资深专案经理祁子年强调，太阳能阵列模拟器可为逆变器于不同光照环境中，测得最佳功率追踪点。
安捷伦(Agilent)电子量测事业群应用工程部资深专案经理祁子年(图5)表示，由于逆变器是直接影响太阳能模组直流对交流(DC-AC)转换的关键零组件之一，因此如何为逆变器的最佳功率点追踪效能进行精准且有效率的测试，对于太阳能电池转换效率的提升至关重要。
祁子年进一步指出，为满足逆变器制造业者的量测需求，许多仪器厂商纷纷推出太阳能阵列模拟器。藉由太阳能阵列模拟器可精确的模拟如日蚀、旋转、转动、年限和温度等不同光照环境的条件下电流与电压(I-V)曲线的变化。从而让客户透过输入不同的光源条件参数，测得逆变器在各种光源环境下呈现的最佳功率点追踪效能，藉此去修正逆变器的整体电路设计以提升最佳功率点追踪的效能。
事实上，安捷伦已推出一款模组式太阳能阵列模拟器--E4360，可以让研发工程师、制造工程师和系统整合业者准确模拟包含阴影在内的各种光照环境条件下I-V曲线的变化，进而测试并且撷取逆变器的最佳功率点追踪效能，提供客户当作产品设计时的参考资料。该量测仪器提供了两组电源输出，每组输出最高可以提供600瓦(W)，并且提供第二代通用序列汇流排(USB 2.0)、区域网路(LAN)和通用介面汇流排(GPIB)等介面，作为标准配备的太阳能阵列模拟器，这使其能以较为低廉的成本以及个人电脑(PC)进行连接。使用者可以利用任何一种网页浏览器，透过内建的网页伺服器和图形使用者介面远端操作及监控该仪器。
尽管太阳能产业目前的景气正处于供需尚待平衡的阶段，但是已经有许多的厂商开始瞄准逆变器这块市场的庞大商机。祁子年认为，由于现今太阳能产业无论是上游材料的矽晶圆或者中游的太阳能电池、模组皆已呈现供过于求的窘境，加上太阳能面板至少都保固20年以上，反观逆变器却每3～5年就必须得更换一次，而且对于太阳能市电转换效率的影响甚钜，其市场的需求量自然相对较高，因此，包含台达电、茂迪等台湾厂商也皆已开始跨足此一新商机，进而为逆变器相关产品的测试需求带来成长的动能。
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