光伏逆變器技術(shù)趨勢(shì)
發(fā)布時(shí)間：
2022-03-10
光伏逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制中樞，能夠?qū)⒔M件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)為交流電 以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)或負(fù)載使用。光伏逆變器主要由功率轉(zhuǎn)換模塊、微機(jī)控制模塊、EMI模 塊、保護(hù)電路、監(jiān)測(cè)模塊、人機(jī)交互模塊等組成，其發(fā)展依賴于電子電路技術(shù)、半 導(dǎo)體器件技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展。光伏組件所發(fā)的電全部都要通過逆變器處理 后才能對(duì)外輸出，因此，逆變器屬于光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心BOS設(shè)備。
（一）技術(shù)趨勢(shì)一：功率模塊化加速組串式滲透，新增與替換需求共振
光伏逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制中樞，能夠?qū)⒔M件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)為交流電 以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)或負(fù)載使用。光伏逆變器主要由功率轉(zhuǎn)換模塊、微機(jī)控制模塊、EMI模 塊、保護(hù)電路、監(jiān)測(cè)模塊、人機(jī)交互模塊等組成，其發(fā)展依賴于電子電路技術(shù)、半 導(dǎo)體器件技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展。光伏組件所發(fā)的電全部都要通過逆變器處理 后才能對(duì)外輸出，因此，逆變器屬于光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心BOS設(shè)備。
光伏逆變器可根據(jù)工作原理分為集中式、組串式及微型逆變器。由于各類逆變 器工作原理不同，應(yīng)用場(chǎng)景也有所不同：
（1）集中式逆變器先匯流、再逆變，主要適用在光照均勻的大型集中式電站 場(chǎng)景。集中式逆變器先將多路并行的組串匯流到直流輸入端，進(jìn)行最大功率峰值跟 蹤后，再集中轉(zhuǎn)換為交流電，通常單體容量都在500kw以上。由于集中式逆變器系 統(tǒng)集成度高，功率密度大，因而成本低，主要應(yīng)用日照均勻的大型廠房，荒漠電站 等大型集中式光伏電站中。
（2）組串式逆變器先逆變、再匯流，主要適用于中小型屋頂、小型地面電站 等場(chǎng)景。組串式逆變器基于模塊化概念，對(duì)1-4組光伏組串進(jìn)行單獨(dú)的最大功率峰 值跟蹤后，先將其產(chǎn)生的直流電逆變先為交流電，再匯流升壓、并網(wǎng)，因此功率相 對(duì)集中式更小，但應(yīng)用場(chǎng)景更為豐富，可適用于集中式電站、分布式電站及屋頂電 站等各類電站，價(jià)格略高于集中式。
（3）微型逆變器直接逆變并網(wǎng)，主要適用于戶用及小型分布式場(chǎng)景。微型逆 變器是對(duì)每個(gè)光伏組件進(jìn)行單獨(dú)的最大功率峰值跟蹤，再經(jīng)過逆變并入交流電網(wǎng)， 相比于前兩種逆變器，其體積最小，功率最小，一般功率在1kw以下，主要適用于 分布式戶用及小型分布式工商業(yè)屋頂電站，但價(jià)格高昂，一旦出現(xiàn)故障難以維護(hù)。
受益分布式發(fā)電占比提升及加速滲透大型電站，組串式逆變器市占率逐步提 升。根據(jù)GTM統(tǒng)計(jì)，2019年全球組串式逆變器市占率為52%，較2015年提升11個(gè) pct。根據(jù)CPIA統(tǒng)計(jì)，2020年國(guó)內(nèi)組串式逆變器市占率為67%，較2016年提升34.5 個(gè)pct。具體原因如下：
（1）分布式光伏發(fā)電首選組串式方案，占比提高直接帶動(dòng)組串式份額增加：
集中式光伏電站投資大，建設(shè)周期長(zhǎng)，占地面積大，主要建設(shè)在光照均勻的大 型地面。集中式光伏電站能夠充分利用空曠豐富且穩(wěn)定的太陽(yáng)能資源，通過建設(shè)大 型光伏電站，接入高壓輸電系統(tǒng)供給遠(yuǎn)距離復(fù)合，其所發(fā)電能將直接輸送至電網(wǎng)， 由電網(wǎng)以光伏發(fā)電標(biāo)桿電價(jià)收購(gòu)全部電量并同意調(diào)配向用戶供電。
分布式光伏電站投資門檻低，建設(shè)快，占地面積小，裝機(jī)靈活，是未來(lái)光伏發(fā) 展的主要方向。分布式發(fā)電指位于用戶所在地附近的供電系統(tǒng)，其生產(chǎn)的電力除用 戶自用和就近利用外，還可以將多余電力送入當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)。由于太陽(yáng)能資源具有分散、能量密度低的特點(diǎn)，本身具有分布式發(fā)電的天然優(yōu)勢(shì)。由于集中式投資門檻 低，園區(qū)、大工業(yè)、工商業(yè)等高電價(jià)用戶利用分布式發(fā)電的意愿正在不斷加強(qiáng)，直 接推動(dòng)組串式逆變器市場(chǎng)份額的逐步提升。
（2）組串式逆變器MPPT賦能及維修便利性優(yōu)勢(shì)顯著，伴隨單機(jī)功率大型化 逐步縮小與集中式價(jià)差，加速滲透大型電站市場(chǎng)：組串式逆變器具有高發(fā)電量、高 可靠性、安全性高、易安裝維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)一塊組件被陰影阻擋或發(fā)生故障時(shí)，但 因?yàn)榫哂卸嗦稭PPT，因此只會(huì)影響對(duì)應(yīng)少數(shù)幾個(gè)組串的發(fā)電量，可以將損壞降至 最低，陣列失配損失小，效率更高，逐步應(yīng)用在大型電站市場(chǎng)。
此前組串式逆變器未能大規(guī)模替代集中式逆變器的主要原因在于成本高昂，單 機(jī)最大功率也受到功率器件、線路布置等限制，但得益于上游IGBT和MOSFET等 核心元器件的迭代升級(jí)，疊加功率模塊技術(shù)不斷發(fā)展，組串式逆變器單機(jī)功率密度 不斷提高，價(jià)格快速下降，性價(jià)比凸顯，越來(lái)越多大型電站選擇采用組串式逆變器 方案。據(jù)PV-tech統(tǒng)計(jì)，在2020年已公布的國(guó)內(nèi)央企逆變器集采項(xiàng)目中，組串式逆 變器招標(biāo)比例再創(chuàng)新高，占比達(dá)74%。
“新增+替換”需求加速光伏逆變器市場(chǎng)爆發(fā)。與光伏組件25-30年使用壽命不 同，光伏逆變器所使用的IGBT等電子元器件的使用壽命普遍為10-15年，因此在光 伏電站運(yùn)行周期內(nèi)至少需要更換一次逆變器，2010年時(shí)全球光伏新增裝機(jī)已達(dá)到 17.5GW，隨著不斷有光伏電站進(jìn)入存量技改時(shí)期，替換需求將持續(xù)增長(zhǎng)。
（二）優(yōu)化空間一：產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)化疊加技術(shù)升級(jí)迭代，國(guó)產(chǎn)加速出海
光伏逆變器原材料成本剛性，是降本核心重點(diǎn)。光伏逆變器原材料成本占比高 達(dá)80%以上，主要包括電子元器件、機(jī)構(gòu)件以及輔助材料，產(chǎn)品定價(jià)主要基于成本 加成、品牌定位及對(duì)當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)等因素綜合判斷。（1）產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)化推動(dòng) 采購(gòu)成本下降：國(guó)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展迅猛，多數(shù)原材料已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，通用性材料市場(chǎng) 充分競(jìng)爭(zhēng)，采購(gòu)價(jià)格逐年下降，而集成電路及半導(dǎo)體器件由于技術(shù)門檻較高，仍由 海外廠商提供，國(guó)產(chǎn)化后有望帶動(dòng)采購(gòu)成本的進(jìn)一步下降。（2）電子及電路技術(shù) 升級(jí)助力降本增效：在光伏發(fā)電應(yīng)用中，基于硅基器件的傳統(tǒng)逆變器成本約占系統(tǒng) 10%左右，卻是系統(tǒng)能量損耗的主要來(lái)源之一，使用SiC MOSFET功率模塊的光伏 逆變器轉(zhuǎn)換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設(shè)備循環(huán)壽命 提升50倍，從而能夠縮小系統(tǒng)體積、增加功率密度、延長(zhǎng)器件使用壽命。
美日等市場(chǎng)滲透仍有提升潛力，國(guó)產(chǎn)逆變器成本優(yōu)勢(shì)顯著，加速出海優(yōu)化出貨 結(jié)構(gòu)。海外市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品性能及售后要求相對(duì)較高，競(jìng)爭(zhēng)氛圍寬松，美日等國(guó)家光伏 電站的逆變器仍主要由本土品牌提供；例如SolarEdge和Enphase兩家廠商憑借技 術(shù)和專利壁壘，占美國(guó)住宅逆變器80%以上份額；日本準(zhǔn)入門檻較高，逆變器廠商 以TMEIC、Moron、Panasonic等本土企業(yè)為主。由于海外終端客戶對(duì)價(jià)格敏感性 較弱，國(guó)產(chǎn)逆變器成本優(yōu)勢(shì)顯著，產(chǎn)品性能已不輸進(jìn)口，出口海外的產(chǎn)品價(jià)格及毛 利率都顯著高于國(guó)內(nèi)，國(guó)內(nèi)逆變器企業(yè)正在加速開拓海外市場(chǎng)，不斷建立海外渠道 及擴(kuò)大品牌影響力，出貨量前10大廠商中的中國(guó)逆變器廠商市占率已從2012年的 13%快速上升至2020年的54%。
光伏逆變器產(chǎn)值：2025年翻倍不止，海外市場(chǎng)空間更為廣闊。根據(jù)測(cè)算，全 球光伏逆變器產(chǎn)值將在2025年達(dá)889億元，2020-2025年CAGR為18%，其中海外 市場(chǎng)超過700億元。
（三）技術(shù)趨勢(shì)二：儲(chǔ)能蓄勢(shì)待發(fā)，賦予逆變器百億級(jí)新興市場(chǎng)
逆變器可根據(jù)能量是否存儲(chǔ)分為光伏并網(wǎng)逆變器和光伏儲(chǔ)能逆變器。傳統(tǒng)并網(wǎng) 光伏逆變只能進(jìn)行從直流電到交流電的單向轉(zhuǎn)換，僅在白天發(fā)電，發(fā)電功率也會(huì)受 到天氣影響，具有不可預(yù)見性等問題，而儲(chǔ)能逆變器集成了光伏并網(wǎng)發(fā)電+儲(chǔ)能電 站的功能，在電能富余時(shí)將電能存儲(chǔ)，電能不足時(shí)將存儲(chǔ)的電能逆變后向電網(wǎng)輸 出，平衡晝夜及不同季節(jié)的用電差異，起到削峰填谷的作用。
光儲(chǔ)一體化是必然趨勢(shì)，政策先行推動(dòng)新能源配儲(chǔ)。理論上，在一個(gè)完全由光 伏供電的情境下，需配置 1：3 至 1：5的儲(chǔ)能后才能實(shí)現(xiàn)不間斷電源供給，光儲(chǔ) 一體有望成為未來(lái)的清潔能源解決方案。短期內(nèi)，儲(chǔ)能裝機(jī)需求主要受政策端推 動(dòng)，受制消納空間及電力波動(dòng)性等影響，各國(guó)政府加速出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)儲(chǔ)能市場(chǎng) 的相關(guān)政策，國(guó)內(nèi)部分省市甚至強(qiáng)制要求新能源配儲(chǔ)。
成本下探抬升儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性，光儲(chǔ)平價(jià)刺激需求爆發(fā)。長(zhǎng)期來(lái)看，考慮光伏等新 能源發(fā)電的波動(dòng)性特征以及調(diào)峰調(diào)頻成本考慮，新能源配儲(chǔ)是必然選擇，需求將從 政策推動(dòng)轉(zhuǎn)為由內(nèi)部經(jīng)濟(jì)性推動(dòng)。儲(chǔ)能變流器（PCS）作為智能電網(wǎng)與儲(chǔ)能裝置的 接口，主要用于控制儲(chǔ)能系統(tǒng)中蓄電池的充電和放電過程，負(fù)責(zé)進(jìn)行交直流的雙向 變換，目前占儲(chǔ)能系統(tǒng)成本約15.5%，電池成本占比接近60%，隨著二者成本的進(jìn) 一步下探，光儲(chǔ)平價(jià)后需求將由政策推動(dòng)轉(zhuǎn)向內(nèi)部經(jīng)濟(jì)性自發(fā)驅(qū)動(dòng)。而儲(chǔ)能逆變器 與并網(wǎng)逆變器技術(shù)同源，雖然保護(hù)回路、緩沖回路有差別，但硬件平臺(tái)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 相似，因而降本路徑與光伏逆變器基本一致。
儲(chǔ)能逆變器產(chǎn)值：儲(chǔ)能商業(yè)模式日趨多元，孕育儲(chǔ)能逆變器百億級(jí)新興市場(chǎng)。在并網(wǎng)應(yīng)用上，根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)所處發(fā)、輸、配、用不同環(huán)節(jié)，可分為發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能、 配電側(cè)儲(chǔ)能和用電側(cè)儲(chǔ)能。發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能主要解決可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的波動(dòng)性和消 納問題，配電側(cè)儲(chǔ)能則主要實(shí)現(xiàn)調(diào)峰調(diào)頻功能，發(fā)電側(cè)和配電側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用通常 具有容量大、占地面積大、投資成本高等特點(diǎn)，主要應(yīng)用于大型集中式地面電站和 電網(wǎng)變電站等領(lǐng)域。用電側(cè)可分為戶用和工商業(yè)光伏儲(chǔ)能，主要用于提升發(fā)電收 益、降低用電成本。根據(jù)儲(chǔ)能在各類能源裝機(jī)配比的滲透率情況，預(yù)計(jì)2025年儲(chǔ) 能裝機(jī)需求超過140GW，儲(chǔ)能逆變器產(chǎn)值超680億元，從而使得整個(gè)逆變器行業(yè)產(chǎn) 值超1500億元。
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2022-03-10
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