太陽光電需求增溫 電力調節器市場競爭加劇
電力調節器為整體太陽光電系統中重要的零組件之一，就產品面而言，家用與商業用太陽光電市場的成長，將促使10千瓦以下的電力調節器成為市場主流。而技術方面，則以多組直流輸入及主從式架構等為重要發展趨勢。
隨著全球暖化導致氣候異常現象日益嚴重，加上近期油價不斷創下歷史新高，太陽光電(Photovoltaic, PV)產業越來越受世界各國重視。此外，藉由各國政府提供各類經濟誘因，亦帶動太陽光電產業的蓬勃發展，提高太陽光電系統的安裝量，讓太陽光電產業處於方興未艾的態勢，圖1為2005年全球太陽光電市場各區域裝置量比例，其中德國與日本由於政府施行補助獎勵政策與辦法，大力支持與促進太陽光電產業的蓬勃發展，因而成為全球前兩大裝置量的國家，而圖2為預估2010年全球太陽電池市場各區域裝置量。另一方面，藉由規模經濟與技術升級的效益，使太陽光電產業的生產與製造成本迅速下降，因此將可促進未來太陽光電市場的成長，表1為2005～2010年全球太陽光電系統的市場產值預估。
仔細觀察全球太陽光電從矽材、矽晶片、太陽電池、太陽電池模組、太陽電池系統以及太陽光電電力調節器(PV Inverter)整體產業鏈，並分析各別次產業市場占有率及其領導廠商的結構(圖3)可發現，不論是上游的矽材或矽晶片廠商，到中下游的太陽電池模組或是電力調節器，其第一大領導廠商的市場占有率皆超過20%，換言之，市場逐漸呈現大者恆大的競爭型態。
太陽光電系統的主要零組件包含太陽光電模組、電力調節器(包括濾波器、變頻器、電驛等零組件)以及其他相關元件。圖4為太陽光電系統成本結構分析，其中太陽光電模組占成本比率66%，電力調節器的成本結構比率為12%，因此在太陽光電系統的輔助零組件上，電力調節器扮演著相當重要的角色。
新進業者相繼投入商品化
太陽光電發電系統依應用場合及目的可分為市電並聯型(Grid-tied)、獨立運轉型(Stand-alone)及混合型(Hybrid)等3種架構，而台灣人口密度高，電力網路遍布全省各地，加上近年來分散型發電的想法日益興盛，並聯型系統遂成為發展太陽能發電最佳選擇。再以全球市場趨勢來看，2003年全球太陽光電的年裝置量為658百萬瓦(MW)，其中以應用於並聯型太陽光電系統(含家用與商業用途)為主，市占率達55.5%；其次則為獨立型發電系統，市占率15.52%；而通訊/號誌用途、消費性產品、PV-柴油混合型電機的應用比率則分別占10.6%、9.9%以及7.6%。另一方面，根據Frost & Sullivan的研究也顯示，並聯型系統未來占有率將大幅提高(圖5)。
針對太陽光電電力調節器而言，2004年全球太陽光電電力調節器市場占有率前3大廠商分別為SMA、Fronius與夏普電子(Sharp Electronics)分別占有23%、13%與10%的比例(圖6)。其中，SMA於德國為市占率龍頭，占有率更由2003年的7%成長至2004年的23%，成為目前市場的主要領導廠商，由於對相關電力轉換技術的研發投入甚深，也因而建立起全球品牌知名度與品質信譽，成為該公司最主要的競爭優勢。
以全球太陽光電電力調節器競爭市場來看，電力調節器大多是由公司供應商的工業自動化或電力轉換部門所生產製造。SMA與Fronius均為技術領先的專業廠商，分別為歐洲市場占有率最高的前兩名，兩家公司亦積極尋求海外市場的發展，在日本商業規模太陽光電電力調節器市場中已有其產品的蹤跡。此外夏普電子則憑藉其電力轉換技術以及母公司為太陽光電模組製造廠商等優勢，市占率達全球第三。而在北美地區，Xantrex已居龍頭地位，其他廠商還包括Exeltech、S&C(Omnion)與Advanced Energy Inc(AEI)，但AEI已於2002年宣布破產。縱觀全球太陽光電電力調節器廠商的主要商業發展模式，即在於與太陽光電模組製造廠商保持長期友好的合作關係。
而在電力調節器市場價格方面，2004年1月～2006年7月，其每輸出一瓦電所須支付的電力調節器價格為0.828～0.836美元之間。然而，由於近來包含美國、德國、英國、南非、澳洲、巴西、法國、韓國、瑞士、中國以及加拿大等國家的許多新進太陽光電電力調節器製造商陸續崛起，將電力調節器進行大量商品化並促使市場競爭趨向白熱化，因此從2006年8月開始，每輸出一瓦電所須支付的電力調節器價格已調降至0.705美元，下修幅度高達14%，藉由市場供需情形可間接顯示出，未來電力調節器的市場將走向高度競爭狀態，而其相對利潤也將大幅降低(圖7)。
小容量電力調節器 占市場需求大宗
全球太陽光電電力調節器市場可區分為容量10千瓦(kW)以下及以上兩個市場(圖8)，其中由於目前太陽電池的轉換效率偏低，使得大容量的設置往往需要較大的空間裝置，在住宅型家用與商用太陽光電市場的成長下，小容量太陽光電電力調節器往往有較高的轉換效率及可靠性，並可以並聯方式提升太陽光電模組整體功率，因而使得10千瓦以下的太陽光電電力調節器市場占有率較高，其中又以2.5千瓦～4千瓦為主流產品，預估2001～2011年間，10千瓦以下市場的年平均收益成長率均高於10%(圖9)。
而大容量太陽光電電力調節器產品則多介於50千瓦～350千瓦間，且多為客製化需求，未來隨著工業與商業用太陽光電發電廠(PV Plant)建立，將可促進10千瓦以上大容量市場的成長，而整體銷售金額亦將逐年增加(圖10)，尤其在2004年開始，全球大幅推廣大型太陽光電廠，如德國、芬蘭、美國、及大陸等國，均設置超過1百萬瓦以上的大型太陽光電廠，其中德國於2004年所設置的總容量更高達10百萬瓦以上，也因而造成2004年10千瓦容量以上的太陽光電電力調節器市場營收成長率大幅提升。值得注意的是，10千瓦容量以上之太陽光電電力調節器市場的銷售額雖較10千瓦以下的電力調節器市場小，但其收益成長率卻明顯較高，再加上目前廠商大多僅生產小容量的太陽光電電力調節器，僅有少數大廠有生產大容量的太陽光電電力調節器，因此未來大容量太陽光電電力調節器市場將具備高度成長性，預估2001～2011年，其年平均收益成長率均可達20%。
主從式架構 有助多機並聯運轉順利
由於太陽光電池組受限於晨昏、陰晴等日照影響，發電量將隨之變化，為了獲得最大發電量，因而開發出最大功率點追蹤(Maximum Point Power Tracking, MPPT)技術。在較大發電量的系統上，往往使用多機並聯型電力調節器並聯運轉，在多機並聯運轉情況下，除了考慮最大發電量外，同時亦須考慮整體的發電效益，以提升系統運轉效率。
在電力調節器多機並聯運轉調節策略上，可利用一主控制器來控制電力調節器的運轉與否，此控制器收集所有調節器輸出功率或運轉時間，用以決定運轉機台數目，或哪幾台須運轉，以提升整體運轉效率，避免當某一機台失效時，影響整個系統順利運作。然而，控制器故障失效時，則整個系統的所有機台即停止運轉，無法輸出。
在主從式(Master-slave)架構下(圖11)，若Master發生故障，則機台會暫時停止運轉，並在確認新的Master後重新自行啟動。反之，若Salve發生故障，則機台會在Master控制模式下持續運轉，而不會發生停止的狀況。而在多機並聯運轉時，為避免所有的電力調節器同時操作在低效率區域，可藉由主從式控制運轉模式，透過通訊介面協調其中一機台為Master控制模式，其餘機台為Slave運轉模式，並由Master決定Salve運轉機台數，避免多台同時輸出，降低輸出效率。
觀察2004年全球市占率前10名的廠商如SMA、Fronius、Xantrex(全球第四大)、Siemens(全球第五大)以及日本大廠Kyocera等，皆已投入主從式技術架構。此外，具備此項功能的太陽光電電力調節器，也朝小功率(小於6千瓦)與大功率(百千瓦級)的兩極化發展。全球具備主從式架構的太陽光電電力調節器如表2所示。
多組直流輸入 確保電力調節器效能
另一方面，隨著愈來愈多太陽光電發電系統應用於住宅建築，傳統只有一組直流輸入的太陽光電電力調節器，將無法滿足現今與建築結合成一體的太陽光電發電系統設計。有鑑於建築整合型太陽光電系統會將光電板應用於不同的角度與方位上，因此電力調節器若具備多組直流轉直流轉換器，將可讓每區太陽光電板具備獨立最大功率追蹤功能，進而促使電力調節器能操作在最佳效率。
圖12為多組直流輸入市電並聯型系統示意圖，由圖中可看出，當太陽能板可以不同串並方式組合，產生多組不同輸入電壓，並透過獨立的最大功率追蹤功能，擷取各組太陽電池所產生的最大能量，並經由直流轉交流轉換介面，將直流電源轉換為可用的交流電源並聯至市電。目前，全球包括SMA以及夏普等業者(表3)皆已開始發展此項技術，並朝向小功率輸出的方向持續邁進。
除上述發展趨勢外，隨著未來生產技術與成本的突破，將促使電力調節器售價大幅降低，以美國能源局的目標為例，於2020年電力調節器每輸出一瓦電的價格為0.25～0.30美元。為達成此目標，須藉產品可靠性(生命週期是否可超過15年)、量產技術、零組件品質，及無變壓器式設計等技術的改進，方能進一步下滑，進而促使整體太陽光電系統發電成本合理化。
電力調節器為整體太陽光電系統中重要的零組件之一，就產品面而言，家用與商業用太陽光電市場的成長，將促使10千瓦以下的電力調節器成為市場主流。而技術方面，則以多組直流輸入及主從式架構等為重要發展趨勢。
隨著全球暖化導致氣候異常現象日益嚴重，加上近期油價不斷創下歷史新高，太陽光電(Photovoltaic, PV)產業越來越受世界各國重視。此外，藉由各國政府提供各類經濟誘因，亦帶動太陽光電產業的蓬勃發展，提高太陽光電系統的安裝量，讓太陽光電產業處於方興未艾的態勢，圖1為2005年全球太陽光電市場各區域裝置量比例，其中德國與日本由於政府施行補助獎勵政策與辦法，大力支持與促進太陽光電產業的蓬勃發展，因而成為全球前兩大裝置量的國家，而圖2為預估2010年全球太陽電池市場各區域裝置量。另一方面，藉由規模經濟與技術升級的效益，使太陽光電產業的生產與製造成本迅速下降，因此將可促進未來太陽光電市場的成長，表1為2005～2010年全球太陽光電系統的市場產值預估。
仔細觀察全球太陽光電從矽材、矽晶片、太陽電池、太陽電池模組、太陽電池系統以及太陽光電電力調節器(PV Inverter)整體產業鏈，並分析各別次產業市場占有率及其領導廠商的結構(圖3)可發現，不論是上游的矽材或矽晶片廠商，到中下游的太陽電池模組或是電力調節器，其第一大領導廠商的市場占有率皆超過20%，換言之，市場逐漸呈現大者恆大的競爭型態。
太陽光電系統的主要零組件包含太陽光電模組、電力調節器(包括濾波器、變頻器、電驛等零組件)以及其他相關元件。圖4為太陽光電系統成本結構分析，其中太陽光電模組占成本比率66%，電力調節器的成本結構比率為12%，因此在太陽光電系統的輔助零組件上，電力調節器扮演著相當重要的角色。
新進業者相繼投入商品化
太陽光電發電系統依應用場合及目的可分為市電並聯型(Grid-tied)、獨立運轉型(Stand-alone)及混合型(Hybrid)等3種架構，而台灣人口密度高，電力網路遍布全省各地，加上近年來分散型發電的想法日益興盛，並聯型系統遂成為發展太陽能發電最佳選擇。再以全球市場趨勢來看，2003年全球太陽光電的年裝置量為658百萬瓦(MW)，其中以應用於並聯型太陽光電系統(含家用與商業用途)為主，市占率達55.5%；其次則為獨立型發電系統，市占率15.52%；而通訊/號誌用途、消費性產品、PV-柴油混合型電機的應用比率則分別占10.6%、9.9%以及7.6%。另一方面，根據Frost & Sullivan的研究也顯示，並聯型系統未來占有率將大幅提高(圖5)。
針對太陽光電電力調節器而言，2004年全球太陽光電電力調節器市場占有率前3大廠商分別為SMA、Fronius與夏普電子(Sharp Electronics)分別占有23%、13%與10%的比例(圖6)。其中，SMA於德國為市占率龍頭，占有率更由2003年的7%成長至2004年的23%，成為目前市場的主要領導廠商，由於對相關電力轉換技術的研發投入甚深，也因而建立起全球品牌知名度與品質信譽，成為該公司最主要的競爭優勢。
以全球太陽光電電力調節器競爭市場來看，電力調節器大多是由公司供應商的工業自動化或電力轉換部門所生產製造。SMA與Fronius均為技術領先的專業廠商，分別為歐洲市場占有率最高的前兩名，兩家公司亦積極尋求海外市場的發展，在日本商業規模太陽光電電力調節器市場中已有其產品的蹤跡。此外夏普電子則憑藉其電力轉換技術以及母公司為太陽光電模組製造廠商等優勢，市占率達全球第三。而在北美地區，Xantrex已居龍頭地位，其他廠商還包括Exeltech、S&C(Omnion)與Advanced Energy Inc(AEI)，但AEI已於2002年宣布破產。縱觀全球太陽光電電力調節器廠商的主要商業發展模式，即在於與太陽光電模組製造廠商保持長期友好的合作關係。
而在電力調節器市場價格方面，2004年1月～2006年7月，其每輸出一瓦電所須支付的電力調節器價格為0.828～0.836美元之間。然而，由於近來包含美國、德國、英國、南非、澳洲、巴西、法國、韓國、瑞士、中國以及加拿大等國家的許多新進太陽光電電力調節器製造商陸續崛起，將電力調節器進行大量商品化並促使市場競爭趨向白熱化，因此從2006年8月開始，每輸出一瓦電所須支付的電力調節器價格已調降至0.705美元，下修幅度高達14%，藉由市場供需情形可間接顯示出，未來電力調節器的市場將走向高度競爭狀態，而其相對利潤也將大幅降低(圖7)。
小容量電力調節器 占市場需求大宗
全球太陽光電電力調節器市場可區分為容量10千瓦(kW)以下及以上兩個市場(圖8)，其中由於目前太陽電池的轉換效率偏低，使得大容量的設置往往需要較大的空間裝置，在住宅型家用與商用太陽光電市場的成長下，小容量太陽光電電力調節器往往有較高的轉換效率及可靠性，並可以並聯方式提升太陽光電模組整體功率，因而使得10千瓦以下的太陽光電電力調節器市場占有率較高，其中又以2.5千瓦～4千瓦為主流產品，預估2001～2011年間，10千瓦以下市場的年平均收益成長率均高於10%(圖9)。
而大容量太陽光電電力調節器產品則多介於50千瓦～350千瓦間，且多為客製化需求，未來隨著工業與商業用太陽光電發電廠(PV Plant)建立，將可促進10千瓦以上大容量市場的成長，而整體銷售金額亦將逐年增加(圖10)，尤其在2004年開始，全球大幅推廣大型太陽光電廠，如德國、芬蘭、美國、及大陸等國，均設置超過1百萬瓦以上的大型太陽光電廠，其中德國於2004年所設置的總容量更高達10百萬瓦以上，也因而造成2004年10千瓦容量以上的太陽光電電力調節器市場營收成長率大幅提升。值得注意的是，10千瓦容量以上之太陽光電電力調節器市場的銷售額雖較10千瓦以下的電力調節器市場小，但其收益成長率卻明顯較高，再加上目前廠商大多僅生產小容量的太陽光電電力調節器，僅有少數大廠有生產大容量的太陽光電電力調節器，因此未來大容量太陽光電電力調節器市場將具備高度成長性，預估2001～2011年，其年平均收益成長率均可達20%。
主從式架構 有助多機並聯運轉順利
由於太陽光電池組受限於晨昏、陰晴等日照影響，發電量將隨之變化，為了獲得最大發電量，因而開發出最大功率點追蹤(Maximum Point Power Tracking, MPPT)技術。在較大發電量的系統上，往往使用多機並聯型電力調節器並聯運轉，在多機並聯運轉情況下，除了考慮最大發電量外，同時亦須考慮整體的發電效益，以提升系統運轉效率。
在電力調節器多機並聯運轉調節策略上，可利用一主控制器來控制電力調節器的運轉與否，此控制器收集所有調節器輸出功率或運轉時間，用以決定運轉機台數目，或哪幾台須運轉，以提升整體運轉效率，避免當某一機台失效時，影響整個系統順利運作。然而，控制器故障失效時，則整個系統的所有機台即停止運轉，無法輸出。
在主從式(Master-slave)架構下(圖11)，若Master發生故障，則機台會暫時停止運轉，並在確認新的Master後重新自行啟動。反之，若Salve發生故障，則機台會在Master控制模式下持續運轉，而不會發生停止的狀況。而在多機並聯運轉時，為避免所有的電力調節器同時操作在低效率區域，可藉由主從式控制運轉模式，透過通訊介面協調其中一機台為Master控制模式，其餘機台為Slave運轉模式，並由Master決定Salve運轉機台數，避免多台同時輸出，降低輸出效率。
觀察2004年全球市占率前10名的廠商如SMA、Fronius、Xantrex(全球第四大)、Siemens(全球第五大)以及日本大廠Kyocera等，皆已投入主從式技術架構。此外，具備此項功能的太陽光電電力調節器，也朝小功率(小於6千瓦)與大功率(百千瓦級)的兩極化發展。全球具備主從式架構的太陽光電電力調節器如表2所示。
多組直流輸入 確保電力調節器效能
另一方面，隨著愈來愈多太陽光電發電系統應用於住宅建築，傳統只有一組直流輸入的太陽光電電力調節器，將無法滿足現今與建築結合成一體的太陽光電發電系統設計。有鑑於建築整合型太陽光電系統會將光電板應用於不同的角度與方位上，因此電力調節器若具備多組直流轉直流轉換器，將可讓每區太陽光電板具備獨立最大功率追蹤功能，進而促使電力調節器能操作在最佳效率。
圖12為多組直流輸入市電並聯型系統示意圖，由圖中可看出，當太陽能板可以不同串並方式組合，產生多組不同輸入電壓，並透過獨立的最大功率追蹤功能，擷取各組太陽電池所產生的最大能量，並經由直流轉交流轉換介面，將直流電源轉換為可用的交流電源並聯至市電。目前，全球包括SMA以及夏普等業者(表3)皆已開始發展此項技術，並朝向小功率輸出的方向持續邁進。
除上述發展趨勢外，隨著未來生產技術與成本的突破，將促使電力調節器售價大幅降低，以美國能源局的目標為例，於2020年電力調節器每輸出一瓦電的價格為0.25～0.30美元。為達成此目標，須藉產品可靠性(生命週期是否可超過15年)、量產技術、零組件品質，及無變壓器式設計等技術的改進，方能進一步下滑，進而促使整體太陽光電系統發電成本合理化。
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