两方面了解光伏逆变器

编辑:佚名 日期:2024-04-29 03:28 / 人气:

根据“碳中和、碳达标”的目标要求,国内的光伏年发电量飞速攀升,有专家预测,未来十年,中国将迎来光伏大规模建设的高峰。作为光电系统的核心设备,逆变器产出规模必定迎来发展的黄金时期。

一、光伏逆变器:核心设备,千亿市场空间

1 光伏发电系统的组成

光伏发电系统是由太阳能电池方阵,蓄电池组,充放电控制器,逆变器,太阳跟踪控制系统等设备组成。简图如下:

太阳能电池阵列的光电转化率和逆变器的输入、输出效率是衡量光伏发电效率的核心指标。其中逆变器具有最大功率点追踪(MPPT)及孤岛效应保护等功能,直接影响发电效率,运行稳定性和使用寿命。

2 光伏逆变器组件

光伏逆变器主要由功率模块、变压器、断路器、控制板、电抗器、滤波器、接触器和一体机柜等构成的,通过类似IGBT和MOSFET的功率半导体,以每秒数千甚至几万次的开关控制信号,控制电路变化,将光伏电池单元的直流转化为交流。光伏逆变器降低了电能转换过程中的损耗,从而提升整个系统的转化效率。

光伏逆变器原理拓扑图

3 光伏逆变器分类

光伏逆变器按照生产端技术和适用场所分类,分为集中逆变器、组串逆变器、微型逆变器三种。

集中式逆变器是将大量光伏板串联后输出的直流电进行逆变并入电网,集中式逆变器功率级别基本上达到3MW以上,集中式光伏逆变器可以处理更大的功率,提高光伏发电的效率和可靠性。其优点是集成度高,功率密度大,成本低,但是其系统维护相对复杂,一般应用在大型发电系统中。

组串式逆变器是对单串或数串光伏组件进行单独最大功率点跟踪及逆变后在交流侧汇流并入电网,组串式逆变器的功率级别主要在3-400kW区间,主要适用在中小型屋顶光伏发电系统,小型地面电站。随IGBT功率密度提升,组串式逆变器成本降低,当前大功率组串式逆变器的性价比已可与集中式逆变器竞争。

微型逆变器则进一步下沉至组件级,对单独每一块光伏组件进行最大功率点跟踪及逆变,微型逆变器的功率级别主要在2-3kW以下,优点是可以对每块组件进行独立的MPPT控制,能够大幅提高整体效率,通常与光伏组件配套安装,主要应用于小功率户用场景。伴随着对光伏安全的重视,微逆变器的比例将逐渐增加。

4 光伏逆变器:核心设备,千亿市场空间

  • 全球光伏逆变器市场规模

汇总多方调研统计数据后,2022年全球光伏逆变器的出货量达到256.7千瓦,预估将在未来数年保持在平均20%左右的增长速度,预计2023年303GW,至2025年全球光伏逆变器出货量将有望达到420GW。

全球市场中,各区域按市场占有率依次为亚太、欧洲、美国、拉美、中东、非洲及其他。其中,亚太核心市场包括中国、日本、印度等。亚太地域的规模比重占比52%,遥遥领先其他地区。全球市场分区域情况如下所示:

  • 国内光伏逆变器行业分析

国内齐全的产业链、充分的政策支持、相对廉价优质的高素质劳动力、充分的竞争等方面的优势,国内光伏逆变器产量不断突破新高,2021年,我国光伏逆变器产量为110.8GW,同比增长10%,预计2022年将增长至121GW,2023年将达130GW。

2022年,阳光电源、德业股份、锦浪科技、固德威、禾迈股份、昱能科技、英威腾7家逆变器企业均已发布业绩预告,全部预增,6家净利涨幅在一倍以上。

5 逆变器制造成本结构

逆变器制造零部件主要可分为两大类:一类是电子元器件,如IGBT、电容、电感、电抗以及PCB板等;另一类是结构件,主要为机柜和机箱等。

从光伏逆变器制造成本结构来看,国内光伏逆变器制造行业领先上市企业如锦浪科技、上能电气和固德威等披露数据,光伏逆变器制造的直接原材料成本占比在85%以上,直接人工、能源动力、折旧及其他成本占比在15%以下。整体来看,上游原材料价格对光伏逆变器制造企业的运营成本影响较大。

二、 国产逆变器乘风破浪

1 国家政策鼓励

近年来,国家政策出台的一系列关于光伏发电的鼓励和支持政策,大力支持户用光伏发展。陆续发布了《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》、《智能光伏产业发展行动计划(2018-2020年)》、《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》等政策,文件中都提到要提高光伏逆变器的制造水平,助力行业发展与突破。

2 光伏逆变器技术变革趋势

光伏逆变器未来技术要求将主要围绕低成本、高可靠性及高效率三个诉求展开,未来技术发展主要围绕以下四点展开:

一、高密高压

碳化硅、氮化镓材料、芯片散热、拓扑架构等技术的发展助力逆变器功率密度的提升,预计到2025年将提升50%以上。

新材料和数字技术与电力电子技术、热管理技术的应用助力逆变器的功率密度的提升,同时保证了设备的高可靠性,提升系统电压、加大光伏阵列,可以降低逆变器、变压器及集电线路成本,实现更低度电成本。

二、光储一体

逆变器以光储协同控制算法,实现虚拟惯量等同步机特性,光储一体逆变器会根据输入和输出电流的需求进行实时控制,可储可控,进一步增强电网,提升光伏发电效率。

三、智能化

未来随着AI技术的发展应用,智能化光伏逆变器集成智能控制芯片和网络通讯模块,可以实现多种功能,系统自主协同优化,创造无限可能。

四、模块化

模块化设计可以将逆变器分为几个单独模块,极大降低运维成本、提升系统可用度,将支撑更长电站生命周期。

3 储能逆变器行至爆发前夜

除了光伏逆变器市场,新的一年,储能逆变器市场也将成为逆变器企业争夺焦点。据CPIA预测,2023年储能级逆变器装机量将增长至39GW,到2025年,这一数字将攀升到80GW。

在新能源大规模并网刺激下,电化学储能配套需求加速,由此带来储能逆变器需求的高速增长。借助光伏逆变器的技术支撑,储能级逆变器势必将迎来新的繁荣。

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