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光伏逆变器一般将其分为三类:集中式逆变器、组串式逆变器和微型逆变器:
(1)集中式逆变器:集中式逆变器的光伏逆变方式是将很多并行的光伏组串连到同一台集中逆变器的直流输入端,做最大功率峰值跟踪以后,再经过逆变后并入电网。集中式逆变器单体容量通常在500kW以上,单体功率高,成本低,电网调节性好,但要求光伏组串之间要有很好的匹配,一旦出现多云、部分遮阴或单个组串故障,将影响整个光伏系统的效率和电产能。集中式逆变器最大功率跟踪电压范围较窄,组件配置灵活性较低,发电时间短,需要专用的具备通风散热的专用机房,主要适用于光照均匀的集中性地面大型光伏电站等。
(2)组串式逆变器:组串式逆变器是对几组(一般为1-4组)光伏组串进行单独的最大功率峰值跟踪,再经过逆变以后并入交流电网,一台组串式逆变器可以有多个最大功率峰值跟踪模块。组串式逆变器的单体容量一般在100kW以下,其优点是不同的最大功率峰值跟踪模块的组串间可以有电压和电流的不匹配,当有一块组件发生故障或者被阴影遮挡,只会影响其对应的最大功率峰值跟踪模块少数几个组串发电量,对系统整体没有影响。逆变器最大功率跟踪电压范围宽,组件配置灵活,发电时间长;可直接安装在室外。相较于集中式逆变器,组串式逆变器价格略高,大量组串式逆变器并联时需要在技术上抑制谐振的发生,主要应用于分布式发电系统,在集中式光伏发电系统亦可应用。
(3)微型逆变器:微型逆变器是对每块光伏组件进行单独的最大功率峰值跟踪,再经过逆变以后并入交流电网。微型逆变器的单体容量一般在1kW以下。其优点是可以对每块组件进行独立的最大功率跟踪控制,在碰到部分遮阴或者组件性能差异的情况提高整体效率。此外,微型逆变器仅有几十伏的直流电压,全部并联,最大程度降低了安全隐患,其价格高昂,出现故障后较难维护。
集中式逆变器、组串式逆变器和微型逆变器对比分析
项目 |
集中式逆变器 |
组串式逆变器 |
微型逆变器 |
集中式大型电站 |
适用 |
适用 |
不适用 |
分布式大型工商业屋顶电站 |
适用 |
适用 |
不适用 |
分布式中小型工商业屋顶电站 |
不适用 |
适用 |
适用 |
分布式户用屋顶电站 |
不适用 |
适用 |
适用 |
最大功率跟踪对应组件数量 |
数量较多的组串 |
1-4个组串 |
单个组件 |
最大功率跟踪电压范围 |
窄 |
宽 |
宽 |
系统发电效率 |
一般 |
高 |
最高 |
安装占地 |
需要独立机房 |
不需要 |
不需要 |
室外安装 |
不允许 |
允许 |
允许 |
维护性 |
一般 |
易维护 |
难维护 |
逆变器成本 |
微型逆变器>组串式逆变器>集中式逆变器 |
||
应用各类逆变器的系统成本 |
微型逆变器>组串式逆变器/集中式逆变器(两者接近) |
企业竞争:2019年得益于美国、西班牙、拉丁美洲、乌克兰和越南等主要市场的旺盛出货量,全球光伏逆变器市场实现了创纪录的出货量,收入首次超过90亿美元大关。据中金企信国际咨询公布的《2020-2026年中国光伏逆变器市场专项调查分析及投资前景预测报告》统计数据显示:逆变器的全球竞争格局仍然相对巩固,前十大供应商占全球光伏逆变器出货量的70%以上。随着行业继续保持快速增长,由于两个关键因素:技术进步和全球安装增长的平衡转移,预计光伏逆变器供应商之间的竞争将加剧。
若干关键技术趋势为光伏逆变器供应商在不断发展的行业中提供了更积极竞争的机会。例如,供应商继续发布更大的逆变器,特别是用于公用事业规模太阳能光伏装置的三相串式和集中式逆变器。在过去的几年中,三相串式逆变器供应商一直在努力向客户宣传大型太阳能光伏系统的分布式架构的优点。总体而言,随着串式逆变器的普及率稳步提高,这些供应商取得了成功-特别是在大型商业项目和小型公用事业规模的安装中。最近,供应商已经发布了超过200kW的组串式逆变器,因为它们开始竞争更大的系统尺寸及竞价项目。
同样的趋势正在影响集中式逆变器制造商,领先的供应商发布了更大的平均尺寸。3MW和4MW之间的大型独立集中式逆变器的出货量增长67%,达到15.5GW,占2019年全球集中式逆变器出货量的三分之一以上。专家预测:未来五年,较大的集中式逆变器出货量将增加,因为集中式逆变器供应商的目标是在每瓦成本基础上更积极地竞争,同时防止公用事业规模安装中大型串式逆变器受到侵害。
随着供应商继续推动光伏逆变器功率的极限,他们正在寻求新的材料和软件来帮助他们实现技术的下一个飞跃。例如,供应商正在仔细监控碳化硅价格,这为逆变器设计者提供了制造甚至更高效,功率密度更高的光伏逆变器的潜力。同时,在整个系统领域的其余部分,供应商都在等待向更高电压转变的线索,尤其是在标准已迅速达到1500V的公用事业规模安装中。
网络安全与人工智能:先进的软件和电网功能,例如夜间的电压控制,频率控制和无功功率,已成为系统所有者选择逆变器供应商以确保其太阳能投资未来的前提。高级软件要求包括实时执行操作和组件测试,例如IV曲线诊断。这些现在越来越普遍,并由华为和Sungrow等领先供应商提供。
由于逆变器被认为是太阳能光伏电站的大脑,诸如人工智能和网络安全之类的进步正成为焦点,因为供应商正试图增加对太阳能资产的适应性和保护性。光伏逆变器供应商认识到,太阳能逆变器将越来越多地从住宅级别到公用事业规模的系统与电网交互。结果,供应商将有责任实施最高级别的网络安全性,以确保公用事业和房主受到最高标准的保护,以防止对其能源系统进行任何恶意攻击。
家用逆变器:家用光伏逆变器市场是增长最快的系统类型,2019年增长了50%以上。2019年在其产品组合中提供单相和三相<10kW逆变器的太阳能逆变器供应商能够利用这一市场机会。领先的模块级电力电子(MLPE)供应商(例如SolarEdge和Enphase)以及单相供应商(例如SMA,Growatt和Ginlong)增加了该细分市场的出货量。中国,美国,荷兰,日本和澳大利亚等主要住宅市场在协助全球住宅安装量增长方面发挥了重要作用。光伏逆变器供应商继续在这一领域进行创新,其美学设计的产品构造得更轻,更小,功率密度更高,并具有新的安全功能。
中国供应商的国际化之路:由于安装量下降,2019年中国的光伏逆变器需求连续第二年下降。尽管中国仍然是世界上最大的太阳能市场,但以前通过供应国内市场而获得巨大增长的中国供应商将目光投向了国际市场,中国供应商在2019年将其国际市场份额提高了七个百分点,达到38%。
特别是他们已迅速在欧洲,印度,东南亚和拉丁美洲扩展了业务。中国供应商继续进行大量投资,以快速更新其产品,以满足当地的电网和技术要求,并设立当地的销售和服务办事处。为了推动这种扩张,一些中国供应商,例如锦浪和上能电气,已通过发行首次公开发行股票来求助于投资者。结果是这些地区竞争格局的多样性增加了。在几个主要太阳能市场中,新装置的强劲增长使所有供应商受益,包括SMA等主要的现有供应商,SMA在德国和整个欧洲的本国市场上一直保持立足之地。另一个例子是总部位于西班牙的Power Electronics,在保持其本国市场领先地位的同时,在抓住美国公用事业规模出货量的迅猛增长方面也占据了主导地位。
总体而言,将有更多种类的光伏逆变器供应商在全球市场以及所有系统类型(从住宅到商业到公用事业规模的安装)中相互竞争。在短期内,强大的价格压力将帮助一些供应商捍卫或增加其市场份额。从长远来看,随着供应商赢得并获得更大的市场份额,或者随着供应商合并或被收购以建立互补的产品组合,行业可能会看到进一步的整合。
产业前景:目前,光伏逆变器市场主要以集中式逆变器和组串式逆变器为主,微型和其他类型逆变器占比极小。在市场构成中,集中式逆变器原占比最高,近年来由于组串式逆变器快速发展,占比亦不断提高。随着技术的不断进步,组串式逆变器成本迅速下降,逐渐接近于集中式逆变器成本,而受益组串式逆变器在中东部地区应用逐步展开,分布式应用领域不断增加,其将保持快速增长,市场占比将进一步提升。2015年至2019年全球逆变器中,组串式逆变器占比呈现不断上升的趋势。未来整个产业发展前景维:
(1)组串式逆变器单机功率不断增加:组串式逆变器的单体容量一般在100kW以下,在行业发展初期,一般以较小功率的组串式逆变器为主,随着功率模块等技术的不断发展,市场领先企业不断研发和推出单机功率较大的组串式逆变器。随着单机功率的增加,组串式逆变器既可发挥自身优势,如MPPT数量多,最大功率跟踪电压范围宽,组件配置灵活,发电时间长,可直接安装在室外;又可一定弥补与集中式相对不足如单机功率低的缺点,目前众多大型地面电站等集中式光伏发电系统也开始使用组串式逆变器,未来在工商业屋顶及地面光伏电站中,组串式逆变器单机功率将不断增加。
(2)多元化智能应用及拓展:随着技术的不断发展,逆变器在承担其本身将直流电转换成交流电功能的同时,也将承担着数据采集、人工交互等更多智能化应用的需求。光伏逆变器能够检测记录并上传所有的关于电网以及光伏系统的各种故障信息,如电网电压过高、电网电压过低、电网频率过高、电网频率过低、电网电压不平衡、直流电压过高、光伏并网逆变器过载、光伏并网逆变器过热、光伏并网逆变器孤岛、DSP故障、通讯失败、绝缘故障、漏电保护、直流拉弧保护、电压畸变率超标保护等均能被光伏逆变器记录并上传到用户的监控设备上。因组串式逆变器主要应用于分布式光伏发电系统,包括户用、工商业屋顶以及光伏扶贫等中小型发电项目中,用户对于发电系统的智能化要求更高,拥有更多数据收集、管理、监控等功能的逆变器将成为发展的主要趋势;光伏逆变器也可以为光伏发电系统提供更多多元化的功能接口,如电池储能接口,能够利用储能系统将光伏系统生产的多余电能储起来,在停电或者电价峰值时,消耗储能电池的能量。
具有光伏储能功能的并网逆变器能根据电网用电高峰期和用电低谷期的时间段,自动优化电能配置。用电高峰期逆变器会切换光伏发电或电池供电模式为用户供电;用电低谷期逆变器会切换市电供电或者市电为储能电池充电模式,从而达到削峰填谷,减小电网负担的作用,因此在优化电能配置的同时也相当于增加了用户收入。