弯道超车跻身国际一线水准,中国光伏逆变器正在实现全球扩张

细说光伏 2023-01-12
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太阳能光伏市场的火爆,带动了太阳能逆变器行业的发展,一般来说,太阳能逆变器分为集中式逆变器、组串式逆变器和微型逆变器三种。

集中式逆变器先汇流、再逆变,主要适用在光照均匀的大型集中式电站场景。因其成本低,主要应用日照均匀的大型厂房,荒漠电站等大型集中式光伏电站中。

组串式逆变器先逆变、再汇流,主要适用于中小型屋顶、小型地面电站等场景。应用场景更为丰富,可适用于集中式电站、分布式电站及屋顶电 站等各类电站,价格略高于集中式。

微型逆变器直接逆变并网,主要适用于户用及小型分布式场景。一般功率在1kw以下,主要适用于分布式户用及小型分布式工商业屋顶电站,但价格高昂,一旦出现故障难以维护。

01

低成本领先

2010年以前的逆变器行业不属于中国。欧洲作为最主要的光伏市场,2004-2011年间的每年光伏新增装机量占比超过全球的60%。作为电气大国,其中光伏巨头企业SMA在1987年首先研发出光伏逆变器,并推出首款商用组串式逆变器和集中式逆变器,依靠技术优势领跑行业。

全球市场几乎被欧洲企业所垄断,光伏逆变器出货量前十名中,除三家北美公司以外,其余企业均为来自于欧洲。仅SMA、KACO、Fronius、Ingeteam以及Siemens五家欧洲企业就占据了70%的市场份额。其中SMA公司市占率达到了44%,相当于光伏逆变器市场的半壁江山。

在欧洲光伏发展如火如荼的时候,中国的光伏发展尚还在萌芽阶段:缺乏技术研发成果成为制约发展的最大因素。众所周知,光伏逆变器连接光伏方阵和电网,可以将系统产生的直流电通过电力电子变换技术转换为生活所需的交流电,堪称整个光伏系统的心脏所在。

作为光伏发电系统的“大脑”,其生产和制造结合了电力系统设计技术、半导体技术、电力电子技术、微电脑技术、软件算法编程技术等,这样一个需要依靠技术高度配合才能完成的高精尖行业,逆变器更像是一个靠脑力部署其它部件的领导者,它的一举一动,均会直接影响光伏系统的整体走向。

它的转换效率和可靠性也成为判断逆变器性能的主要指标。只要当功率变高的时候,才能意味着损耗低,是降低光伏项目度电成本的重要突破点之一。2003年12月,阳光电源推出中国首台拥有自主知识产权的10kW光伏并网逆变器,使得转换效率迈出了一大步,并由此打破了国外垄断。

逆变器应用场景多为高海拔、温差大、风沙大等恶劣环境,要求逆变器可以适应各种复杂环境并配有保护功能。对逆变器在隔热、散热、防尘、高温降额等方面的要求越来越高,逆变器先后经历了低电压、零电压、高电压穿越、大面积脱网事故检验、有功无功调度支持、谐波要求等,不断提升逆变器技术门槛要求和实际应用参考。

在此不得不提到专家组在鱼柴进行的光伏行业尤其是逆变器行业具有划时代意义的实验:“鱼柴短路实验”。

“鱼柴短路试验”是对光伏电站进行大扰动试验,所有电站都同时进入低电压穿越状态。这次测试结果为国外光伏逆变器全部脱网,而国内领先的逆变器品牌全部非常坚挺。这个实验让全球逆变器市场发生了逆转,也结束了中国光伏投资企业盲目迷信国外产品的历史,奠定了中国光伏逆变器的性能与地位。

2009年前后,受益于国内金太阳示范工程和特许权项目的推动,我国光伏行业发展驶入快车道。彼时,大型地面电站市场高歌猛进,集中式逆变器凭借成本低,容量大的优势迎来大规模发展机遇。而巨大的利润空间则吸引了众多UPS、通讯电源等行业供应商涌入,在迅速拉低光伏逆变器价格的同时,中国光伏逆变器。直到2013年国内新增装机容量达到11.3GW。全球光伏逆变器企业前20强中,有15家是中国企业。

02

迅速崛起

2013年起,中国政府出台标杆电价政策,国内项目开始陆续启动,中国光伏市场进入发展快车道,并逐渐取代欧洲成为全球光伏装机最大的市场。在此背景下,集中式逆变器供不应求,市场占有率一度接近九成。此刻,华为却决定以组串式逆变器入局,此举堪称是对红海市场与主流产品的“双重逆变”。

华为杀入光伏逆变器领域,一方面看中的是光伏行业发展前景广阔。与此同时,逆变器制作与华为的“老本行”通讯设备业务及电源管理业务具有相通之处,可以迅速复制迁移技术和供应链优势,导入现有供应商,大大降低逆变器研发和采购成本,快速形成优势。

2015年,华为首次登上全球光伏逆变器市场排行榜位,阳光电源也完成了首次对SMA的超越。至此,中国光伏逆变器终于冠绝世界,包揽下全球前二的位置,完成了一场“逆变”大戏。

2015~2018年,国内光伏逆变器厂商不断崛起,并且凭借价格优势迅速占领市场,海外老牌逆变器厂商的市场份额持续受到冲击。在小功率领域,SolarEdge、Enphase等走高端路线的逆变器厂商尚能凭借品牌、渠道优势占据一定市场份额,而在价格竞争比较激烈的大型光伏电站市场,SMA、ABB、Schneider、TMEIC、Omron等欧洲、日本老牌海外逆变器厂商的市场份额不断下滑。

2018年后,部分海外逆变器厂商开始退出光伏逆变器业务。对于大型电气巨头,光伏逆变器在其业务中占据的比重相对较小,ABB、Schneider等多家逆变器厂商也陆续退出逆变器业务。

中国逆变器厂商开始加快布局海外市场。2018年7月27日,阳光电源在印度投入使用产能达3GW的逆变器制造基地,随后,8月27日在美国设立本地化综合服务中心,加强海外备用库存、售后服务能力。与此同时,华为、上能、古瑞瓦特、锦浪、固德威等厂商也进一步加紧巩固和拓展海外布局。同时,三晶电气、首航新能源和茂硕电源等品牌开始寻求海外的新机会。

针对海外市场格局,目前市场上的品牌企业与客户在供需上已基本达到一定平衡,国际市场格局也基本固化。不过,部分新兴市场仍是积极开拓的方向,可以寻求一定的突破,海外新兴市场的持续发力,为中国逆变器企业带来新的动能。

从2016年以后,中国逆变器厂商占据世界光伏逆变器市场的主导地位。技术创新和规模化应用双重因素驱动光伏产业链各环节成本下降迅速,10年之间光伏系统成本下降了90%以上。作为光伏系统的核心设备,光伏逆变器在近10年内单瓦成本逐渐降低,从早期的1元/W以上降低到2021年的0.1~0.2元/W左右,下降至10年前的约1/10。

03

加快细分

在光伏发展初期,逆变器厂家专注于设备成本降低、最大功率追踪最优、能量转换更高效等。随着技术的不断发展和系统应用的升级,逆变器集成了更多功能,如组件PID防护和修复,与跟踪支架、清扫系统等外围设备融合等,以提升整个光伏电站性能,保障发电收益最大化。

过去十年,逆变器应用场景不断增多,需面对各类复杂地理环境和极端天气,如沙漠高温、近海高湿高盐雾等。逆变器一方面要满足自身散热需求,另一方面需提升防护等级以应对恶劣环境,这无疑对逆变器结构设计和材料工艺提出了更高要求。

在开发商对发电质量和效率高要求背景下,光伏逆变器行业朝着更高的可靠性、转换效率、低成本发展。

激烈的市场竞争,带来的是技术上的不断升级。2010年左右,光伏逆变器主电路拓扑结构采用两电平电路,转换效率在97%左右。如今,全球主流厂家逆变器最大效率普遍突破99%,下一个目标是99.5%。2020年下半年,光伏组件纷纷推出基于182mm、210mm硅片尺寸的高功率组件,不足半年,华为、阳光电源、特变电工、科华数能、禾望、古瑞瓦特、锦浪科技等一批企业快速跟进,相继推出与之适配的大功率组串式逆变器。

若以逆变器市场结构来看各家厂商的布局,阳光电源、SMA产品齐全,兼有集中式逆变器和组串式逆变器业务。Power Electronics、上能电气主要以集中式逆变器为主。华为、SolarEdge、锦浪科技、固德威均以组串式逆变器为主,其中华为产品主要为大组串,面向大型地面电站与工商业光伏系统,而后三者则主要面向户用市场。Enphase、禾迈股份、昱能科技以微型逆变器为主。

全球市场上,组串式和集中式是逆变器最主要类型。在中国,集中式逆变器和组串式逆变器两者市占率稳定在90%以上。

未来,逆变器的发展将呈现多样化的趋势。

04

光伏逆变器三大行业趋势

趋势一:组串式逆变器成为主流

按照光伏逆变器的技术路线,可以将光伏逆变器分为大型集中式光伏逆变器、组串式光伏逆变器、集散式光伏逆变器、微型逆变器。组串式逆变器市场份额占比接近 70%,成为市场主流。

根据 CPIA 统计,2021 年,光伏逆变器市场仍然以集中式逆变器和组串式逆变器为主,集散式逆变器占比较小。其中,组串式逆变器依然占据主要地位,占比为 69.6%,集中式逆变器占比为 27.7%,集散式逆变器的市场占有率约为2.7%,同比下降 2.3 个百分点。

趋势二:中国逆变器实现全球扩张

中国企业全球份额过半,华为和阳光电源稳居前二。

2015 年起,华为和阳光电源出货量稳居全球前二,根据 Wood Mackenzie 统计,2021 年,全球逆变器出货量 225GW,排名前 10 的企业中有 6 家来自中国,这 6 家企业占全球份额高达 66%。

趋势三:逆变器功率进一步提升

光伏发电系统降本依然是大势所趋,更大功率的组件可以降低单瓦成本,为了适配组件大型化的趋势,光伏逆变器的功率、电流进一步提升。

为提高组件功率,降低单瓦成本,组件向大尺寸发展。硅片尺寸已经达到 166mm(M6)、210mm(G12)等,2019 年来,基于大尺寸硅片的高功率组件成为光伏行业的主流趋势,各个组件厂家纷纷推出 182mm、210mm 组件。

根据 CPIA 的数据,2021 年 182mm 和 210mm 尺寸硅片合计占比由 2020 年的 4.5%迅速增长至 45%,未来其占比仍将快速扩大。硅片尺寸越大,组件电流的越高。166 硅片尺寸的组件,电流约 11-12A,但当硅片尺寸增加至 182 时,组件工作电流单面接近 13A,叠加双面,超过 15A,如果是 600W+的大组件,电流接近 18A,210mm 时,组件电流提升至 18A 左右。

为适配大电流组件,逆变器电流需支持到 20A/串,同时具备组件级关断能力。过去数年,组件电流普遍维持在 10-13A 左右。考虑到双面系数、辐照增强等因素,目前市场上主流逆变器电流为15A/串。

针对大电流组件,逆变器电流需支持到 20A/串,如仍沿用 15A/串的逆变器,将导致严重的直流限发。同时,随着组件电流、逆变器组串数量的增多,逆变器发生故障起火的风险也会增加,因此,大电流逆变器同时需要具备组件级关断能力。

最后

随着全球可再生能源的大规模应用,光伏渗透率不断升高,逆变器需具备更强的电网支撑能力,满足弱电网稳定运行、快速调度响应等需求。光储融合、光储充一体化、光伏制氢等创新融合应用也将逐步成为重要方式,逆变器将迎来更大的发展空间。

文章来源: 光伏头条, 光伏卖碳翁, 能源新媒

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