随着太阳光电模组价格陷入了摩尔定律的魔咒，却也因此加速了太阳能迈入普及化时代的来临。当全球太阳光电模组的生产量不断上升，价格持续向下探底，品质亦持续向上推升的同时，预告了太阳光再生能源将成为举足轻重的分散式独立电力源，亦将推动未来智慧电网的发展。其中担任独立的电源供应角色，亦是将来电网与太阳光电接口守门员的逆变器（Inverter），也成了太阳光电及并网发展成败的关键。

太阳光电逆变器的基本认证要求

由于太阳光电池的输出为直流电，而目前全世界通用的电气系统为交流电，太阳光电池输出的电流必须进行交流化与变压后才能被电气产品所使用，担任交流化与变压功能的装置则被称为Inverter，通称为逆变器或变频器，与一般通称变频冷气的可变动运转频率不同，太阳光电的逆变器则必须输出与电网相同且稳定的输出频率才能够使电气设备稳定的持续运作。

作为电源供应的设备，逆变器一般所需要取得的验证包含转换效率、功能特性与电气安全。其中以电气安全最为重要；转换效率则与投资报酬及政府补助有极大关联；功能特性中则以电压与频率稳定率因及负载稳定性相关，也是普遍受产业重视的两大重要特性。

在众多测试认证要求中，最易被忽略的反而是逆变器的可靠度验证或者是所谓的使用年限验证。太阳能模组由于机电结构简单，动辄二、三十年的使用年限并非问题，逆变器由于采用大量的电子控制元件，频繁的操作频率，目前的使用年限大约只有五年，也往往成为太阳光电系统被忽视的关键成本。

并入智慧电网的太阳光电逆变器

电力网路，主要分为三大区域，第一为发电（Generation），第二为配送电（Transmission），第三则是用电（Application）。由于各自具备专业与效能安全的考量，如发电考虑电力品质、配送电考虑的是电力的损失与转换效率、用电则考虑负载控制。过往这三个领域专业各自独立，几乎是互不接触的独立运作系统，电厂内的设备验证、配送电的设备验证，以及用电的设备验证的主管机关也都不尽相同，法规亦不统一。

然而随着智慧电网与再生能源的推展，分散电源供应打破了传统由电厂与电网共主的局面，为了避免电业混乱、电网稳定与经济秩序，大多数国家开始将电网视为一独立系统，将电网与电厂分离，但电网仍然维持与用电单线连结的情况。在欧美地区虽鼓励电业自由化的区域，允许不同电网业者跨区或共区经营与铺设，但仍不允许私人未经许可的封闭商业电网（也称为孤岛；Island）的存在。

因此，目前除了自用的太阳光电模组以外，几乎所有的太阳光电模组的终点都必须回到电网，也就是所谓的并网（Utility Interaction）。与不断电系统（Uninterruptible Power Source；UPS）不同的是，不断电系统主要是在停电才启动，而目前的太阳光电系统并网则是采取随时供电，但若在电网失效的情况下，就必须依照电网失效模式的不同采取持续供电或是断电的功能。如图一，当失效电网中发生孤岛电源持续供应电能时，可能会造成维修人员的电击危险。

《图一 孤岛发生时的维修危险》

由于必须具备与电网状态互动的功能，因此担负并网节点角色的逆变器，就必须依据每个电网功能特性而进行设定与调整，因此逆变器的并网验证，成为了电网与逆变器业者目前最大的挑战。

目前逆变器并网的验证标准，主要分为IEC（整合欧盟与纽澳标准）与UL（基于IEEE）两大系统，然而对于并网的特性，均以下列几项特性作为考量：

太阳光电逆变器的未来发展

随着太阳光电模组的报价不断下跌，各国政府的补贴也减少的情况下，市场上更明显地往两极化发展，一端是大型的太阳能电厂，另一端则是屋顶式的简便方案。大型电厂的逆变器容量规模可能在不久的将来将会跨过百万瓦（MW）等级；针对屋顶式的单一模组则为500瓦以下的等级，也有业者喊出了各种微型逆变器的方案，以下是目前广为大家讨论的议题：

低电压穿越（Low Voltage Ride Through；LVRT）

由于低压（600V）变电站的配电力容量大约在50MW左右，因此MW等级的逆变器所承载的电量，确实已具有不可忽略的份量，因此对于这样规模的逆变器，就必须额外考虑作为备用电源的能力，也就是作为主电网短暂失效状态下的备用电源能力，直到电网决定全面断电以进行维修。

智慧化

在逆变器为了并网功能伤脑筋的同时，逆变器业者还必须面临另外一个重要元件的挑战 - 智慧电表的功能整合。由于电力不允许私营，但是为了方便并网电量的计算与管制，较为先进的逆变器大多具备了电能（度）表的功能，与家用电表的不同在于量测的电流方向不同。在智慧电网的架构下，各网路节点均必须能够受到远端的控制，而不仅仅是依照电力情况进行自动化的反应，因此作为闸点的逆变器，也将具备网路通讯功能，但是现今各大区域网路并没有统一通讯架构，多通讯界面与可程式化的通讯设定（Protocol）、非破坏式量测精确度校正，以及无电状态下的运作能力等，均是逆变器为了因应智慧电网化所必需具备的功能。

微型化

面对太阳光电普及化时代的来临，家家户户安装太阳光电模组作为备用或并用电源并非梦想，以每平方公尺可以产生80W（转换效率大约为10%~15%）的一般效率模组，如果将五区每面2平方公尺的标准窗户换成太阳光电模组，就能够大约产生800W，也就是大约6～8台电扇或者是30~40颗省电灯泡的电能。无论是并网或者是作为备用电源，以台湾每天等效标准发电时数为5小时计算，一年可以产生约1200度（每度电相当于1KWh）的电量，可相当于3000~4000元的开支。为了减少装置与安装成本，逆变器的高效化、微型化与低价化势必成为决胜的关键。

储能系统管理

如图二所示，风力与太阳光电一般被认为是可以互补的电力来源，然而尽管风力与太阳光电的特性看似能够互补，但是考虑到电力的稳定供应，在不同的区域的风光与负载特性下，为了要充分利用光能，作为中介的储能系统也是必须考虑的方案，储能系统的方案如大型铅蓄、镍氢、锂离子电池群，或燃料电池等，将便宜的电力（来自电网低价段或再生能源）储存，在昂贵的使用时区段提取使用或卖回电网，均必须是未来逆变器为了促使智慧电网高效化所必须具备的功能之一。

《图二 太阳能与风能的互补性》

技术决定输赢 安全与使用寿命亦是关键

作为智慧电网的守门员，逆变器技术将会是决胜的秘密武器，除了价格与效率将不断受到挑战外，功能也必须不断地进化，使用寿命与安全性更是不可忽略的关键因素。台湾作为全球资讯产品设计代工的重镇，本地业者的垂直与平行合作亦是不可或缺。然而由于智慧电网投资庞大，各国均小心翼翼，甚至有原地踏步的状况，为了进军国际市场，本地业者必须要考虑整合性的运行合作方案与实验实绩，才能够在再生能源与智慧电网的未来确保最重要的席位。

…作者陈立闵任职于UL公司，担任UL University亚太区咨询事业发展经理…