微型逆变器的出现

迄今为止，当将太阳能发电规模提高到兆瓦级（兆瓦或更大）时，电池板都是串联的。因此，如果任何一块面板处于阴凉处或被落叶、鸟粪等弄脏，整体效率就会下降。为了解决这个问题，已经提出了一种微型逆变器方法，其中将逆变器连接到每个太阳能电池板。这会将每个太阳能电池板转换为100V商用交流电压，因此即使某些电池板的效率下降，对整个系统的影响也很小。

如果只需一块太阳能电池板即可运行，则可以安装在公共厕所、公交车站、公园休息区等的屋顶上。此外，在独立住宅中安装多块太阳能电池板时，安装位置具有更大的灵活性。到目前为止，除非考虑到阴凉区域，否则无法保持效率，但使用微型逆变器系统，可以在安装时不必担心此类问题。

采用微型逆变器方法，每个面板将电压从约40至60 VDC的低电压升压至100 VAC，但由于其设计为最大输出功率在180至300 W范围内，因此可以用功率MOS晶体管而不是IGBT来充分控制功率晶体管，并且组件成本不会增加太多。这意味着无需使用 SiC 或 GaN 等高成本组件。

有一种称为MPPT（最大功率点跟踪）的系统，作为太阳能发电独有的技术。太阳能发电时，将数十个电动势仅为08V左右的硅电池串联起来，每个电池板输出几十伏的电压。如果一个电池进入阴影并停止发电，该电池就会短路，以减少对整个电池板的影响。由于电压相应下降，我们希望尽可能地提高效率，MPPT 系统可以为此提供帮助。

太阳能电池是在零电压下工作的光电二极管，由于光照射而具有很大的漏电流。如图5右侧所示，电流I-电压V曲线中0V处流过最大电流，在一定电压下电流迅速下降，当达到每节电池约08V时电流达到0A（参考资料3）。换句话说，如果单个电池被枯叶覆盖，几乎没有电流流过，它会处于开放状态。为了防止这种情况，在相反方向并联放置一个二极管，以便在该单元开路时电流流动。换句话说，它本质上会导致短路。当然，产生的电压会降低08V。

[图5] MPPT方法调整以最大化功率（左）和太阳能电池电流电压特性（右）
来源：安森美半导体（仙童半导体）

这条曲线在图5左侧表示为功率P-电压V。该图表明功率值存在峰值。太阳能发电系统的目的是提取电力，而不是提高电压。因此调整它以最大化功率。这就是MPPT系统。它检测输出电流，如果它低于最大值，它会进行调整以使功率达到最大点。

该 MPPT 系统还集成了微型逆变器。在传统太阳能系统中，由多个串联布置的电池板组成的整个系统由一个MPPT进行调节，但对于微型逆变器系统，每个单元中都安装一个MPPT电路。因此，微型逆变器型面板是可扩展的，可以根据所需的功率增加或减少面板的数量，从而非常容易创建系统。该MPPT电路中还使用功率晶体管来调节功率。

液压动力也通过微技术卷土重来

最后我们来谈谈最近再次受到关注的水力发电。水力发电是利用河流的水流来驱动发电机，因此它首先产生交流电，将其转换为直流电以消除波动，然后将发出的电力输送到电网。过去，电力是通过修建蓄水坝并在放水的同时转动涡轮机来发电的。然而，人们已经清楚，修建水坝不仅需要居民的理解，而且还会导致环境破坏，使得像过去那样修建新的蓄水大坝变得困难。

[图6]利用溪流进行水力发电
来源：NTN
wwwntncojp

因此，已经考虑在流经各个区域的溪流中安装小型水力发电涡轮机。换句话说，它是一个水电微型逆变器。经济产业省资源能源厅宣布，中小型水电将成为未来的重要电力来源（参考资料4）。今年6月，滚珠轴承制造商NTN发布了小型水力发电系统，可以向并网电网出售电力（图6，参考资料5）。随着水力发电变得更加紧凑，日本可能会再次使用水力发电。

在该系列的第三部分中，我们将讨论将可再生能源引入智能电网等输电网络的控制、智慧城市中可再生能源的引入以及与此相关的半导体。