2023年中国光伏行业系列研究：光伏逆变器行业概览

行业研究| 2023/03 光伏系列 摘要 光伏逆变器行业综述 光伏逆变器可跟踪光伏组件陈列的最大输出功率，将其能量以最小的变换损耗、最佳的电能质量并入电网或用于电器设备应用。光伏逆变器的可靠性、高效性和安全性直接影响到整个光伏发电系统的发电量及运行稳定性，是整个光伏发电系统中的关键设备。光伏逆变器是光伏发电系统最重要的部件之一，自2018年起，中国逆变器市场即以组串式逆变器与集中式逆变器为主，且组串式逆变器市场份额呈现逐步上升趋势，自2018年60.4%上升至2022年78.3%，市占率提升了17.9%，主要原因系近年来分布式光伏市场的不断发展。2021年，中国中国分布式光伏新增装机首次超过集中式光伏，组串式逆变器主要应用场景即为分布式光伏装机。此外，组串式逆变器成本自2014年0.54元/W降至2021年0.17元/W，成本的快速下降使得组串式逆变器亦逐步应用于集中式光伏装机 光伏逆变器的出货量主要由新增光伏装机及使用年限较高的老旧光伏逆变器更换需求所拉动，近年来在全球持续推进可再生能源装机的背景下光伏逆变器需求维持了高速增长态势，全球光伏逆变器以出货量计市场规模自2017年119.2千兆瓦增长至2022年256.7千兆瓦，复合年化增长率16.6%，预计随着欧洲能源危机、巴西印度等新兴经济体清洁能源装机需求增长、中国美国光伏装机持续发力，至2026年光伏逆变器出货量将达到579.3千兆瓦，2022至2026年复合年化增长率达22.6%。 此外，光伏逆变器普遍使用年限为10年，而光伏电站及组件寿命和约25年，老旧逆变器更换需求亦是未来逆变器出货量增长点之一，预计2026年逆变器更换需求将达84.9千兆瓦，占总需求的14.1% 光伏逆变器竞争格局 从全球光伏逆变器企业出货量排名来看，2012年至2021年十年间中国企业逐步从仅阳光电源一家企业进入前十至2021年6家企业进入前十，且华为与阳光电源自2015年起便蝉联全球光伏逆变器企业出货量前二名，主要原因系中国近年来光伏装机发展速度较快，凭借较大的市场潜力及成本优势，全球光伏产业各环节产能逐步向中国转移，中国逆变器企业持续降本增效以生产出具有较高性价比的逆变器产品，同时通过积极进行海外渠道布局以提升竞争优势。至2021年，全球前十光伏逆变企业市占率达82%，其中，中国企业占比高达65%，华为与阳光电源两家全球光伏逆变器领军企业市占率合计高达44% 名词解释 AC：交流电 DC：直流电 MOS开关管：MOS管开关电路是利用一种电路，是利用MOS管栅极（g）控制MOS管源极（s）和漏极 （d）通断的原理构造的电路。MOS管分为N沟道与P沟道，所以开关电路也主要分为两种。 PWM控制器：脉宽调制(PWM)是指用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制，是一种对模拟信号电 平进行数字编码的方法。以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。许多微控制器 内都包含PWM控制器 LC震荡：LC电路，也称为谐振电路、槽路或调谐电路，是包含一个电感（用字母L表示）和一个电容 （用字母C表示）连接在一起的电路。该电路可以用作电谐振器（音叉的一种电学模拟），储存电路共 振时振荡的能量 光伏逆变器可跟踪光伏组件陈列的最大输出功率，将其能量以最小的变换损耗、最佳的电能质量并入电网或用于电器设备应用。光伏逆变器的可靠性、高效性和安全性直接影响到整个光伏发电系统的发电量及运行稳定性，是整个光伏发电系统中的关键设备 根据光伏逆变器技术路径以及功率水平的差异，可以将其分为集中式光伏逆变器、组串式光伏逆变器、集散式光伏逆变器以及微型逆变器。当前，市场以组串式光伏逆变器为主，2022年市占率约为78.3% 从当前全球光伏装机区域分布角度来看，中国新增光伏装机在全球处于领军地位，2021年占比达33%，是全球光伏装机增量最主要的市场，美国、印度、日本、澳大利亚则分别位列第二、 三、四、五名。中国累计光伏装机自2018年174.5GW增长至392.0GW，2018至2022复合年化增长率达22.4%。 光伏逆变器的出货量主要由新增光伏装机及使用年限较高的老旧光伏逆变器更换需求所拉动，近年来在全球持续推进可再生能源装机的背景下光伏逆变器需求维持了高速增长态势，全球光伏逆变器以出货量计市场规模自2017年119.2千兆瓦增长至2022年256.7千兆瓦，复合年化增长率16.6% 中国光伏逆变器行业综述——光伏逆变器的定义 光伏逆变器可跟踪光伏组件陈列的最大输出功率，将其能量以最小的变换损耗、最佳的电能质量并入电网或用于电器设备应用 光伏逆变器的定义及关键技术 在电力电子技术中，将交流电转换为直流电称之为整流，将直流电转换为交流电称为逆变。由于太阳能电池在光生伏特效应下产生直流电，当负载为交流电设备时，则必需逆变器进行电能转换，光伏逆变器便是用于光伏发电系统中，将直流电转变为交流电的电力电子设备。 光伏逆变器可跟踪光伏组件陈列的最大输出功率，将其能量以最小的变换损耗、最佳的电能质量并入电网或用于电器设备应用。光伏逆变器的可靠性、高效性和安全性直接影响到整个光伏发电系统的发电量及运行稳定性，是整个光伏发电系统中的关键设备 光伏逆变器结构图 逆变器主要由逆变电路、逻辑控制电路、滤波电路三大部分组成，主要包括输入接口、电压启动回路、MOS开关管、PWM控制器、直流变换回路、反馈回路、LC振荡及输出回路、负载等部分。其中，控制电路负责整个逆变器系统的运行，逆变电路负责将直流电转换为交流电，滤波电路负责过滤冗余信号。 MPPT技术 MPPT（MaximumPowerPointTracking，最大功率点追踪）是光伏系统中的核心技术之一，其主要指逆变器可以根据不同的环境温度、光照强度等环境特征来对光伏阵列的输出功率进行调整，以使得光伏阵列的输出功率始终维持在最大值。 MPPT原理图 在相同的输入功率下，逆变器MPPT路数将影响光伏电站的发电量。若是电站存在阴影遮挡、组件朝向不一、组件性能不一致等问题，MPPT路数越多、单路追踪精度越高、动态响应速度越快，则发电量损失越小 中国光伏逆变器行业综述——光伏逆变器的生产 光伏逆变器的生产流程主要包含烧录、安装、测试等环节，核心技术主要体现在控制算法、电路拓扑、工业设计等。生产过程中，涉及电路板烧录、测试及防护的电子前加工是核心步骤 光伏逆变器的生产流程 光伏逆变器的生产流程 光伏逆变器的生产流程主要包含烧录、安装、测试等环节，核心技术主要体现在控制算法、电路拓扑、工业设计等。光伏逆变器生产过程中，涉及电路板烧录、测试及防护的电子前加工是核心步骤，对于精度具有较高要求，例如锦浪科技全自动锡膏印刷设定在0.02mm，古瑞瓦特锡膏印刷精度可达0.01mm。此外，由于印刷电路板组装整线设备自动化程度高且固定资产及人员投资相对加大，部分产能相对较小的逆变器企业会优先选择进行委外加工以提高资金利用效率如昱能科技、禾迈股份、三晶股份等 光伏逆变器的生产特性 10kW光伏并网逆变器产线 225kW光伏并网逆变器产线 光伏逆变器的重要特征之一为产线可以在不同功率之间进行柔性切换，因不同功率段光伏并网逆变器生产流程基本保持一致，主要区别为产线设备规格。以户用10kw与地面电站225kW逆变器为例，其部分设备规格区别如右表所列示。在光伏逆变器生产中，大功率段逆变器产线可以向下兼容，快速切换为小功率段产线进行生产；小功率段产线改造成大功率段产线则需要进行设备替换及调试，例如若是将225kW产线向下兼容10kW产线，仅需10天左右即可切换调试完成，而将10kW产线改造为225kW整体改造时间（包括设备采购）则需约2.5-3个月 使用设备 测试设备规格 80kW ATE 300kW ATE 功率计 WT1805,2台Topcon 30kW PW3390,7台 整机ATS测试 DC电源 爱科300kW 爱科300kW AC源 AC电源 电网 测试设备规格 整机功能测试 80kWATE 科威尔15kW IV曲线源 （FUN） DC电源 3kWDC源 中国光伏逆变器行业综述——光伏逆变器的分类 根据光伏逆变器技术路径以及功率水平的差异，可以将其分为集中式光伏逆变器、组串式光伏逆变器、集散式光伏逆变器以及微型逆变器 光伏逆变器的分类——集中式光伏逆变器与组串式光伏逆变器 根据光伏逆变器技术路径以及功率水平的差异，可以将其分为集中式光伏逆变器、组串式光伏逆变器、集散式光伏逆变器以及微型逆变器。当前，市场以组串式光伏逆变器为主，2022年市占率约为78.3%集中式光伏逆变器 集中式光伏逆变器主要应用于集中式光伏发电系统，其运行方式主要为将大量并行的光伏组件经过直流汇流箱连接至同一台集中式逆变器的直流输入端，经集中式逆变器完成最大功率点追踪后再逆变并入电网。集中式逆变器通常单体容量超过500kW，单体功率高而成本低，具有较优的电网调节性。但在多云、部分遮阴或单个组件故障时，应用集中式逆变器将影响整个光伏发电系统的效率与发电量。集中式逆变器最大点功率跟踪电压范围相对较窄，组件配置灵活性不足，发电时间短，主要应用于光照均匀的大型地面集中式光伏电站 光伏阵列 直流汇流箱 DC DC AC DC 集中式逆变器 变压器 电网 DC 光伏阵列 直流汇流箱 组串式光伏逆变器 组串式光伏逆变器主要应用于分布式光伏发电系统，其运行方式为对数个光伏组件进行单独的最大功率点追踪，而后经组串式逆变器逆变并入交流电网。单台组串式光伏逆变器可以有多个最大功率点跟踪模块，且其单体容量通常小于100kW。组串式逆变器接入不同最大电功率的组串之间允许电压与电流的不匹配，从而具备更高的发电效率。且其体积、占地面积相对较小，主要应用于较小的分布式光伏电站 组串式逆变器 光伏阵列 DC AC AC AC 变压器 电网 DC 交流汇流箱 光伏阵列 组串式逆变器 中国光伏逆变器行业综述——光伏逆变器的分类 集散式光伏逆变器主要应用于大型地面、水面以及山地、丘陵等复杂场景下的光伏电站；微型逆变器亦称为“组件级逆变器”，主要应用于发电规模更小的分布式光伏 光伏逆变器的分类——集散式光伏逆变器与微型逆变器 集散式光伏逆变器 集散式光伏逆变器主要应用于大型地面、水面以及山地、丘陵等复杂场景下的光伏电站，其运行方式主要为通过前置多个最大电功率跟踪控制优化器，实现多路最大电功率跟踪寻优功能，而后进行汇流至集散式逆变器。集散式逆变器通过采取分散寻优，集中汇流逆变的方式大幅降低了光伏发电系统的设备成本，目前集散式逆变器主要应用于部分领跑者示范基地项目，但集散式逆变器需要专用机房进行散热，需占用较大地面面积，且目前项目经验较少，未能实现大规模应用 光伏阵列 集散式汇流箱 DC DC AC DC 变压器 电网 DC 集散式逆变器 光伏阵列 集散式汇流箱 微型逆变器 微型逆变器亦称为“组件级逆变器”，主要应用于发电规模更小的分布式光伏，其运行方式为单个微型逆变器只对应少数光伏组件从而能够对每块光伏组件的输出功率进行精细化调节、监控及最大功率点跟踪，而后经逆变转换，汇流后并入电网。微型逆变器单体容量普遍小于5kW，因其可精确对单块组件进行最大功率跟踪控制故当存在部分遮阴或组件间性能存在差异时提高整体光伏系统效率，平均而言微型逆变器系统转换效率优于集中式及组串式逆变器，然而微型逆变器目前价格较高，成本方面不具备竞争优势 光伏组件 光伏组件 光伏组件 AC AC 微型逆变器 AC 变压器 电网 交流汇流箱 光伏组件 光伏组件 光伏组件 中国光伏逆变器行业综述——光伏逆变器的分类 从性能参数角度来看，各类逆变器皆具有相对的应用场景及在各自应用场景下的优势，从单瓦成本角度来看，微型逆变器>组串式逆变器>集中式逆变器>集散式逆变器