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能源流失1:环境影响
通常,人们非常关注光伏电池在能源转换能力上的提升,这主要是因为一个典型的商用光伏电池的效率仍然有限,仅为10-20%(取决于电池技术)。然而,整个系统的最终效率更为重要,而它会受到诸多常见因素的影响,如阴影在面板上的不均匀分布,或是树叶、灰尘或鸟粪等外物落在面板上。
在当今的大部分系统架构中,串联的太阳能面板构成了系统的基本能量采集部分,每块面板产生约30伏的额定直流电压。由于面板处于串联状态,它们的电压会加总起来。一个典型的配置可能有10块面板,每块产生30伏电压,因此总电压为300伏左右。在某些系统中,这个电压被存储到电池里并经过逆变器转换成交流电或直接作为直流电使用。在绝大多数的住宅和太阳能农场配置中均忽略使用电池,而是经逆变器输出交流电并直接连到电网。
这里存在一个关键性的假设,既所有面板均以同样的效率运作。然而事实并非如此。首先,生产上的差异会导致面板内的光伏电池在电流产量上略有不同。更重要的是阴影和污垢等环境因素。部分变脏、有阴影的面板或失效的光伏电池都无法采集尽可能多的光照,因此产生的能量较少、电流较低。电池/面板之间的差异导致系统的输出功率显着减少。如果一块面板有10%的面积受阴影遮蔽,那么整块面板的输出功率将减少30%以上。
能源流失2:信息不足
光伏电池的转换效率取决于一系列变量,其中包括光照强度、电池的温度、工作点以及电池的理论峰值效率。只要了解这些变量,就可以确定整个太阳能面板的最佳工作点。我们可用传感器、微控制器和其他集成电路来监测和调节工作电压——最容易受系统设计师控制的变量,并在一定的条件下获得大于10-15%的能量增益。这只是信息与通信技术如何提高光伏发电效率的其中一个范例。此外,它还可以添加额外功能,如提高安全水平、简化安装、使维护更轻松便捷等。
光伏发电行业方兴未已,最具成本效益和节能高效的太阳能系统架构尚未成型。分布式电源管理系统似乎已为业界所认可。然而,一个首要问题是,究竟是让能源以直流电压的形式在系统中传输,还是采用微型变流技术将每块面板的输出从直流电转换成交流电,两者孰优?无论系统架构如何竞争,恩智浦都已蓄势待发,准备引领潮流。
在这两种提高光伏发电效率的独特方法中,优化设计和提高半导体性能尤为重要,而恩智浦在这些方面都已做出了重大贡献。公司最近推出了MPT612,一种专门执行最大功率点跟踪(MPPT)功能的低功耗集成电路,能够优化太阳能应用的电力提取效率。以电池充电为例,当MPT612在运行恩智浦即将获得专利的MPPT算法时,它从一块太阳能面板提取的能量比传统的控制器要高出30%以上。
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