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(1)光伏逆变器基本概述:光伏发电是可再生能源发电的重要形式,利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能。光伏发电系统主要由太阳能电池板(光伏组件)、控制器和光伏并网逆变器三大部分组成。其中,光伏逆变器能够把太阳能电池板发出的直流电逆变为交流电,供负载使用或并入电网,是光伏发电系统的核心设备之一。逆变器直接影响光伏系统发电效率和运行稳定性,在整个光伏发电系统中占有重要地位。
光伏逆变器根据是否并入电网,可分为并网逆变器和离网逆变器;根据转换输出交流电的相数,可分为单相逆变器和三相逆变器;根据能量是否存储,可分为并网逆变器和储能逆变器。
按照技术路线及功率水平分类,光伏逆变器一般可以分为集中式逆变器、组串式逆变器、集散型逆变器和微型逆变器等。
不同技术路线逆变器对比分析
基于设计思路的差异,不同逆变器类型在功率等级、安全等级等多方面皆有所不同,因而主要应用场景亦有所差异。
集中式逆变器采用集中MPPT,集中并网的方式具有更成熟的技术,更低的初始投资成本,主要应用于集中式大型地面电站。组串式逆变器主要优势在于其多路MPPT功能,配置灵活,智能化程度高,一旦逆变器出现故障,对发电量带来的损失更小,可应用于户用电站、工商业电站及地面电站等各种场景,应用场景广泛。集散式逆变器目前市场份额较小,功能介于集中式和组串式逆变器之间。微型逆变器可以对每块组件进行独立MPPT控制,实现组件级关断,安全性较高,但相应微型逆变器单位功率成本较高,不适用于大规模的发电场景。
(2)储能逆变器:储能系统已被视为电力生产过程中“采-发-输-配-用-储”六大环节中的一个重要组成部分,系统中引入储能环节后,可以有效地进行需求侧管理。在并网应用上,储能系统根据所处发、输、配、用不同环节,在电力系统应用场景上可以分为发电侧储能、电网侧储能和用户侧储能。发电侧储能可以解决可再生能源波动性、间歇性等问题,减少弃光弃风,提高发电质量;电网侧储能则主要实现调峰调频功能,保障电网稳定运行。发电侧和电网侧储能系统应用通常具有容量大、占地面积大、投资成本高等特点,主要应用于大型集中式地面电站和电网变电站等领域。用户侧光伏储能可分为户用光伏储能和工商业光伏储能,主要用于促进电能优化配置利用、提高电力自发自用率,可以提升发电收益、降低用电成本。
储能系统由储能电池系统、储能逆变器、能量管理系统和其他硬件系统组成,储能逆变器产品处于储能系统产业链的核心环节。储能逆变器可以同时连接光伏组件、储能电池和电网,是储能系统中具备智能化控制能力的环节。公司储能逆变器主要应用于户用储能系统,与并网逆变器技术同源,除具备逆变功能外,在并网逆变器基础上增加了充放电、能量管理、离网运行、调频等功能,是公司“光-储-充”一体化能源解决方案的重点发展发向之一。
储能逆变器能够自动地优化配置分布式电能,实现光伏发电高峰和低谷的平衡,提高整体的能源利用率。通过储能逆变器的调节作用,可以将太阳能电池板发出的直流电逆变为交流电,既可以供家庭负载使用,也可以存储到储能电池,在电能富余的情况下还可输入电网。同时,在光伏系统发电量不足时,储能电池可以释放直流电并通过储能逆变器转变为交流电供负载使用。
(3)并网逆变器与储能逆变器对比:光伏逆变器根据能量是否存储可以分为并网逆变器和储能逆变器,两者在技术和结构上有高度重合性。在系统结构上,并网逆变器主要由MPPT单元、逆变单元、算法和控制单元以及通讯和显示单元等部分组成;相较于并网逆变器,储能逆变器主要增加了充放电单元和能量管理单元。在技术门槛上,并网逆变器核心技术包括逆变调制技术、MPPT最优控制技术、弱电网适应控制技术、AFCI检测技术等;储能逆变器与并网逆变器技术同源,储能逆变器主要应用并网逆变器核心技术,同时还涉及能量管理技术、并离网切换技术等部分储能相关技术。
在核心元器件应用上,并网逆变器和储能逆变器核心原材料均包括功率半导体器件(IGBT、MOSFET等)、集成电路、电感、电容电阻等,储能逆变器由于增加充放电单元和能量控制单元,器件使用数量相对更多。认证标准上,并网逆变器和储能逆变器执行的认证标准基本一致,储能逆变器主要增加了离网端、电池充放电状态的测试要求。
综上,储能逆变器与并网逆变器在系统结构、技术原理、核心原材料、认证标准上都有着较高的重合度。对于并网逆变器厂商来说,进入储能市场壁垒较低,储能逆变器市场是行业增长的新动力。
中金企信国际咨询公布的《2023-2029年光伏逆变器市场运行格局及投资战略研究报告》
2、行业发展情况:
(1)逆变器市场规模迅速扩张,出货量逐年增长趋势明显:随着全球光伏产业的快速发展,作为光伏发电系统的核心设备,光伏逆变器行业市场规模迅速扩张。根据中金企信统计数据,全球光伏逆变器的出货量从2016年的81GW增加至2021年的223GW,年均复合增长率超过20%。预计逆变器出货量逐年增长趋势明显,到2030年,全球光伏逆变器出货量有望达到550GW。
(2)按区域市场划分,亚太地区、欧洲、美国分列全球逆变器出货量前三亚太地区、欧洲、美国作为光伏产业发展最迅速的国家和地区,也是全球光伏逆变器出货量占比最大的市场。根据中金企信统计数据,2021年,亚太地区、欧洲、美国在光伏逆变器全球出货量的占比分别为52%、23%和14%。其中,2021年全球光伏逆变器出货量一半以上来自亚太地区的消费,主要源于中国、印度和澳大利亚等地的需求增长。2021年,欧洲市场逆变器出货量同比增长52%,这主要得益于德国、意大利、荷兰和波兰等国家的需求增长.
2021年度全球光伏逆变器出货量分布分析
数据整理:中金企信国际咨询
全球已有多个国家提出了“零碳”或“碳中和”的气候目标,各国在政策持方面都予以较大倾斜,未来,中国、美国及欧洲等主要逆变器市场的出货量将有较大增长空间。根据中金企信统计数据,2021年到2031年间主要市场逆变器出货量将持续保持较高水平,其中,中国市场逆变器出货量将幅领先,期间预计累计出货1,426GW;美国紧随其后,逆变器累计出货预计达713GW;德国、意大利等欧洲国家逆变器出货量累计将超过500GW。
(3)国内分布式光伏高速增长,组串式逆变器渗透率不断提升:在双碳背景下,我国持续加快构建以光伏、风电等新能源为主体的新型电力系统。国家在《“十四五”可再生能源发展规划》中提出坚持集中式和分布式开发并举,全面推进分布式光伏开发,将分布式光伏的发展地位和重要性提升至与集中式光伏并列,利用两者的不同特性和应用场景,更好地利用太阳能资源。经过多年的市场培育,分布式光伏已经超过集中式光伏成为我国光伏装机市场的主力军。
2021年6月,国家能源局下发《关于报送整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》,提出为加快推进屋顶分布式光伏发展,国家能源局拟在全国组织开展整县(市、区)推进屋顶分布式光伏开发试点工作。同年9月,国家能源局公布了全国676个整县(市、区)屋顶分布式光伏开发试点名单。国家“顶层设计”推动,分布式光伏不断跃上新台阶。根据国家能源局统计数据,2022年我国新增光伏装机容量87.41GW,其中分布式光伏约51.11GW,占2022年新增光伏装机容量的比例为58.48%,较2021年增长75%。在新增分布式光伏装机中,户用光伏新增装机25.25GW,创历史新高。近年来,我国分布式光伏实现快速发展,新增分布式光伏从2013年占比仅为6%,到2021年占比首次超过集中式光伏,并且在2022年继续保持大幅增长,我国光伏产业的发展也正从集中式向分布式转换。
在分布式光伏大举扩张的同时,组串式逆变器的应用开始突破式增长。由于组串式逆变器既可以适用于大功率的集中式电站场景,也可以适用于小功率的分布式场景,同时叠加其产品成本下降并逐渐接近于集中式逆变器、便于安装等特点,其渗透率逐步提升。
根据中国光伏行业协会《中国光伏产业发展路线图》公布的数据,2017年以前,中国市场上逆变器以集中式逆变器为主,2017年集中式占比54%,组串式占比37.5%。随着分布式光伏在光伏总装机量中的占比不断提升,同时集中式光伏电站中组串式逆变器使用占比升高,进一步带动组串式逆变器快速出货。2018年我国组串式逆变器市场份额占比达60%,超过集中式逆变器;到2022年,组串式逆变器占比约78.3%,多种优势使得组串式逆变器占据主流市场。从全球市场范围内来看,组串式逆变器同样占据较高市场份额。根据中金企信统计数据,2021年全球逆变器出货量中组串式逆变器市场份额高达71.02%,已成为最主流的逆变器产品。
2021年全球逆变器出货量市场份额占比分析
数据整理:中金企信国际咨询
中金企信国际咨询公布的《2023-2029年储能逆变器行业市场调查分析及投资策略可行性预测报告》
3、行业发展趋势:
(1)光伏装机规模持续增长,带动光伏逆变器新增需求:能源安全是关系国家经济社会发展的全局性、战略性问题,对国家繁荣发展、人民生活改善、社会长治久安至关重要。我国“十四五”规划和2035年远景目标纲要首次将“能源综合生产能力”纳入国家安全类指标。未来,我国必须在保障能源安全的前提下,推动能源转型,大力发展可再生能源。同时,近年来全球范围内开始出现能源短缺,同时国际局势的紧张加剧了能源危机的扩散,特别是欧洲,俄乌冲突进一步推高原油、天然气、金属等大宗商品市场价格。在应对能源危机、保障能源安全以及加强环境保护目标的驱动下,绿色发展核心理念逐渐深入人心,全球经济的发展方向已转向低碳经济,可再生能源成为各国重要的能源结构改革方向。在可再生能源中,光伏产业凭借其可开发总量大、安全可靠性高、对环境影响小、应用范围广等优势受到各国青睐,整体呈现快速向上发展的态势。
根据中金企信统计数据和预测,全球光伏年度新增装机规模已从2011年的30.2GW增长至2022年的230GW,并且未来仍将保持快速增长的趋势,至2030年有望达到436-516GW,装机量是2022年的1.9-2.2倍。全球光伏新增装机规模的持续增长,将带动光伏逆变器新增需求迸发。
(2)光伏逆变器存量替换需求有望迈入高增长阶段:除新增光伏装机需求外,未来几年逆变器替换需求市场有望持续增长。逆变器使用年限一般为10-15年,但光伏电站平均可用年限在25年左右,在光伏电站发电的生命期限内,逆变器具有存量替换需求。回顾全球光伏装机历史,2010年前后,欧洲地区正在经历光伏装机快速增长时期,以中国、日本为主的亚太地区及北美市场逐渐步入装机高峰期,逆变器替换市场正在陆续开启。2021年全球逆变器新增替换需求约9GW,至2031年逆变器替换需求预计增至67GW。虽然欧洲是逆变器最大存量市场,但由于目前逆变器技术仍在持续更新迭代,以提升设备效率和使用寿命,欧洲逆变器替换市场在未来短期内可能不会爆发。但是另一方面,亚太地区光伏市场预计增长迅速,亚太地区逆变器存量市场及替换需求将呈现快速增长趋势。长期来看,随着全球各地原有光伏逆变器设备的老化,全球存量装机逆变器替换需求有望迈入高增长阶段。
(3)储能行业景气上行,储能逆变器打开行业新增量空间:传统能源时代,煤电、燃机的发电方式可以达成电网稳定调节的需求。当前,可再生能源发电具有间歇性,随着风电光伏发电项目的日益增多,电力系统对平滑输出、调峰调频等电力辅助服务的需求也快速增长。随着可再生能源比例提高和煤电的逐步退出,未来能源系统中如何保障电力系统的稳定可靠是当前研究的一个重点方向,而储能系统是其中一个不可避免的方向。储能系统在未来能源系统中应用场景广泛,必将迎来巨大的发展机遇。目前全球户用储能正在蓬勃发展,根据中金企信统计数据,2021年全球储能装机量约10GW,同比增长84%,其中分布式储能装机约2.5GW,同比增长45%,分布式储能中户储装机量约1.9GW,同比增长约53%。
海外分布式光伏能源的快速发展率先带动了户用储能的发展,欧洲户储装机规模处于不断高增态势,2021年欧洲户储达2,045MWh,同比增长73%,2015-2021年年均复合增速达63%,增长十分迅速。未来,随着储能市场的蓬勃发展,储能逆变器发展潜力巨大,将打开逆变器行业新增量空间。
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