科學家改良設備演算法,不靠材料就提高太陽能發電量

發佈日期: 2019 年 09 月 02 日 10:26 | 作者: | 分類: 產業資訊

提升太陽能發電量的方法有許多種,有的科學家努力改良現有太陽能系統,有的團隊致力探索新型的電池材料,最近加拿大科學家則從設備的演算法著手,研發全新的太陽能控制器,盼能提高整體太陽能功率輸出。

通常太陽能逆變器裡面都裝有最大功率點追蹤(Maximum power point tracking,簡稱 MPPT),能夠即時偵測太陽能板的發電電壓,並追蹤最高電壓電流值,讓模組以最大功率輸出電力,可說是太陽能系統的大腦。

而現在加拿大滑鐵盧大學開發全新的演算法,或許能最大化每片太陽能模組的發電量,減少電力浪費,進而提高發電量,滑鐵盧大學應用數學系博士 Milad Farsi 表示,團隊沒有改變任何硬體,也不需要再加裝其他電路,只是最佳化目前的硬體設備。

在眾多最大功率演算法中,最常見的是擾動觀察法(Perturb and observe),所需參數少、構造簡單,通常藉由改變太陽能電壓以及輸出功率,再比較負載變動前後的輸出電壓、輸出功率大小,最後預測改變電壓後的影響,但因為控制變量固定,必須週期性調整,因此容易在最大功率點附近不斷震盪,進而浪費潛在的發電量。

對此,滑鐵盧團隊研發全新的演算法,加以控制最大功率點附近的震盪,Farsi 表示,在模擬實驗中,12 片 335W 的家用屋頂太陽能規模,每年能增加 138.9KWh 的電量。雖然乍看之下效果並不顯著,但對於大型太陽能廠來說,聚沙成塔便能累積可觀的電力。

科學團隊也舉出加拿大最大的太陽能廠 Sarnia 太陽能廠為例,安裝約 130 萬片碲化鎘薄膜太陽能板,每年發電量高達 120GWh,若採用全新的技術,每年可增加 0.96GWh(=960,000 kWh)。

在太陽能系統中,其實也有許多設備正默默提高發電,像是裝設在太陽能板下方的優化器(調節器),可透過精密運算機制可自動調整太陽能板的電壓及電流,解決因為遮蔭、模組老化程度不一、電池本身問題導致的電力損失,確保每塊太陽能板都能提供最大功率。

顯然提升發電量的方法有非常多種,而此次滑鐵盧大學則是推出能最佳化 MPPT 系統的演算法,目前研究已發表在《IEEE Transactions on Control Systems Technology》

(合作媒體:科技新報。首圖為 Sarnia 太陽能廠來源:SayCheeeeeese [CC0], via Wikimedia Commons

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