傳統市電並聯太陽能光伏(PV)系統轉換器架構可分為如圖1所示之幾種架構,圖1 (a)所示為集中式架構,輸入部分由多組光伏模組組成多組串列且並聯,由一組直流至直流轉換器集中作最大功率點追蹤,再藉由一市電併聯變流器(inverter)饋入市電,此架構優點為電路簡單、控制容易與電路效率高,適用於較大功率之場合,缺點為模組易受模組串列特性不匹配及遮蔽效應而大量減低其效率。為改善模組特性不匹配及遮蔽效應,圖1 (b)採用多串(multi-string)DC-DC轉換器及集中式變流器架構,每一光伏模組串列均有個別之直流至直流轉換器作最大功率點追蹤,再由同一組市電併聯變流器饋入市電,與集中式架構相較,圖1 (b)架構由於可以減緩各模組串列之不匹配,具有較佳之發電效率,但電路較集中式為複雜。圖1 (c)則進一步將圖1 (b)之變流器改為分散式,稱為多串式架構,與圖1 (b)相較,除同樣具有較多之MPPT 數目減緩模組特性不匹配及遮蔽效應之優點外,變流器之數目較多因此可避免單一變流器故障造成整個系統中斷,而且散熱較為分散,散熱處理較為容易,另外變流器容量較低,元件較便宜且較易取得。然而圖1 (b)及圖1 (c)採用多組光伏模組串聯仍然具備模組特性不匹配及遮蔽效應問題,圖2顯示部分遮蔽對多組光伏模組串連發電之影響,其顯示串連模組數目愈多,單一模組被遮蔽所造成發電量降低之比例愈顯著,而且P-V曲線具有雙尖峰,易造成MPPT追蹤之錯誤。

(a) 集中式架構

(b) 多串式DC-DC轉換器及集中式變流器架構

(c) 多串式架構
圖1 傳統市電並聯太陽能光伏系統轉換器架構

圖2 部分遮蔽對多組光伏模組串連發電之影響
為改善上述組特性不匹配及遮蔽效應之影響,圖3採用微型變流器(micro inverter)架構,單一光伏模組便可以藉由一變流器將所發之電力直接饋入市電,此架構具有以下優點:
1. 較高之系統效率,無部分遮蔭及模組匹配之問題。
2. 轉換器無高壓及高容量之電解電容,壽命較長。
3. 較高之系統可靠度,單一點的故障不會照成整個系統需要停機。
4. 較大之擴充彈性,不需一次購置大量之模組。
5. 大量簡化裝機之機構及程序,大量降低設置時間且安裝及維修較容易及方便。
與集中式方式相較,有研究指出此架構整體之發電效率因為MPPT效率之提升可以達30%以上,另外其亦非常適合都會區BIPV (building integrated PV)系統之應用,可以充分利用建築物各面向之面積發電,分散式之MPPT可以適應各建築物面向,且提供較可行之維修方便性。

圖3 微型變流器架構
微型變流器雖然有諸多優點,但目前推廣最大的阻力來自於成本尚無法與一般傳統圖1之方式抗衡,另一種折衷方式為如圖4所示模組式DC-DC轉換器為基礎之優化器(optimizer)配合集中式DC-AC變流器架構乃因應而生,與微型變流器相同的是其均有位於模組後方具有MPPT功能之DC-DC轉換器(此處稱為優化器),不同的是優化器乃將電力轉換為直流,再多組優化器集中藉由一組較大型之變流器連接至電網。此方式兼具微型變流器之高發電效率與集中式發電成本較低之優點。

圖4 優化器配合集中式變流器架構
資料來源:
1.尤元甫,多功能微型變流器之研製,國立聯合大學碩士論文,2014.