电力设备行业逆变器：与光伏展翼，同储能齐飞

光伏逆变器是太阳能光伏系统的心脏，其主要功能为将太阳电池组件产生的直流电转化为交流电，并入电网或供负载使用。光伏逆变器是连接太阳能光伏电池板和电网之间的电力电子设备，主要功能是将太阳能电池板产生的直流电通过功率模块转换成可以并网的交流电，是太阳能光伏发电系统的“心脏”。光伏逆变器的可靠性、安全性直接关系太阳能发电系统整体的平稳运行，其转换效率直接影响太阳能光伏发电系统的发电效率，其使用寿命直接关系到光伏发电系统的使用年限，最终影响光伏电站项目的投资收益率。此外，还具有最大功率跟踪功能（MPPT）以及最大限度发挥太阳能电池性能和光伏发电系统保护等功能。 组串式逆变器在大型电站中渗透率提升，并且组串式逆变器更适合分布式光伏，将进一步驱动组串式应用市场增长。2023年大型地面电站占全部新增光伏发电装机的55.6%，分布式电站占比为44.4%，其中户用光伏占到分布式市场约45.3%。 2023年，我国大基地项目开工建设，集中式增长点明显。分布式市场方面，我国户用光伏装机表现良好，并且随着多个传统户用装机市场接近饱和，户用安装开始向南部转移，如江西、湖南、福建等省份2023年增长突出。未来，随着分布式光伏市场的持续发展，以及集中式光伏电站中组串式逆变器占比不断提升，组串式逆变器市场规模将持续增长。 技术、供应链、成本构筑行业壁垒。长期技术积累才能有效提高产品的稳定性可靠性。电力电子行业属于技术密集型产业，涉及电力、电子、控制理论等学科，研发人才需具备电力系统设计、电力电子技术、机械结构设计、微电脑技术、通讯技术、控制技术、软件编程等专业知识，以及产品应用场景知识。产品从设计、研制到持续创新性改进都需要大量的研发人员共同努力才能完成。研发人员的技术水平和知识的深度和广度都会直接影响到产品的质量和水平，长期技术积累才能有效提高产品的稳定性可靠性。对于新进入者，很难在短期内积累相关技术和各种应用场景知识，从而形成一定的技术壁垒。逆变器生产需要用到功率芯片和器件，我国逆变器功率模块在地化供应率较低，供应链保供能力铸造相关企业壁垒。此外，光伏逆变器产品在全球主要市场中多有强制认证要求，各项认证的程序相对复杂，技术水平要求较高，测试严格且周期长，从而形成进入本行业的资质壁垒。 光储驱动增长，中国企业走向海外。近年来，国际社会对可持续能源的支持和《巴黎协定》推动了欧盟、美国、中国等主要地区和国家的碳达峰政策公布，从而促进了光伏新增装机量的增长，为光伏逆变器的市场需求提供了市场空间。并且，根据古瑞瓦特招股说明书，光伏逆变器的平均使用寿命约为10年，随着更多光伏项目的安装，未来对光伏逆变器的替换需求也将快速增长。当前储能PCS领域众多企业来自光伏逆变器厂商，储能市场的快速发展也将为逆变器相关企业发展带来机会。 随着海外新能源市场的发展，众多中国企业走向海外。受益于国内较为完整的光伏产业链，产业链上下游协同发展持续推动国内光伏产业厂商持续实现技术突破。 国内逆变器企业正处于高速发展阶段，中国逆变器厂商产品在全球主要光伏市场的市场份额持续上升。主要原因：一方面，国内逆变器产品通过快速升级迭代，产品质量不断获得提升，部分关键性能指标达到甚至超过海外老牌逆变器企业；另一方面国内光伏产业链较为完整，光伏逆变器原材料大部分实现了国产化替代，再加上人工成本、制造成本相比海外更低，国内逆变器企业在海外的竞争优势较为明显，在主要光伏市场中出货占比持续提升。逆变器产品海外市场毛利率高，驱动中国逆变器企业走向海外。从逆变器相关上市公司2023年年报可发现，中国企业在海外市场相较于国内市场能获得更高毛利率，从而在海外市场实现更高盈利，这也驱动中国企业走向海外。从营收占比构成看，多家企业海外营收占比超30%。从海关出口数据看，从2017-2023年我国逆变器出口数量和金额呈现逐年递增。 风险提示：行业政策变化风险、海外市场需求减弱风险、产业链价格变动风险。 1.逆变器：光伏发电系统的心脏 1.1.逆变器与光伏组件共同构成发电系统 逆变器在光伏产业链中居于下游位置，与组件共同构成发电系统。光伏产业链可分为硅料、硅片、光伏电池片、光伏组件、光伏系统五个环节。其中上游包括原料高纯度多晶硅材料的生产，单晶硅和多晶硅的制造，硅片的生产。中游包括光伏电池，光伏组件（玻璃，支架等）等环节。下游包括逆变器和光伏发电系统环节，逆变器在整个光伏产业链中具有重要地位。 图1：逆变器在光伏产业链中位置 光伏逆变器是太阳能光伏系统的心脏，其主要功能为将太阳电池组件产生的直流电转化为交流电，并入电网或供负载使用。光伏逆变器是连接太阳能光伏电池板和电网之间的电力电子设备，主要功能是将太阳能电池板产生的直流电通过功率模块转换成可以并网的交流电，是太阳能光伏发电系统的“心脏”。光伏逆变器的可靠性、安全性直接关系太阳能发电系统整体的平稳运行，其转换效率直接影响太阳能光伏发电系统的发电效率，其使用寿命直接关系到光伏发电系统的使用年限，最终影响光伏电站项目的投资收益率。 图2：光伏逆变器结构示意图 光伏逆变器不仅具有直流电到交流电的转换功能，还具有最大功率跟踪功能（MPPT）以及最大限度发挥太阳能电池性能和光伏发电系统保护等功能。 与电网实现交互。电网是一个庞大且复杂的系统，外来能量的输入如果不满足电网电能质量要求，就会对电网运行造成严重影响，光伏逆变器需保证光伏系统所发电安全稳定输送至电网。具体表现在：①提供高质量电能。光伏逆变器需要保证输入电网的电能质量（如谐波含量、直流分量、电压、频率、相位等）符合要求。②具备准确的电网波形采样功能。能够对电网电压进行有效采样，确保并网的瞬间能与电网变化过程同步。保证逆变器同步、可靠、安全地接入电网。③能够监测以及处理电网故障。电网运行过程中出现的各种故障会反过来波及到并入电网的光伏系统，因此逆变器需要具备对电网故障的监测和判断能力，并能根据情况自动与电网断开、电网故障恢复后又能自动连接电网。④支持电网远程调度。光伏逆变器同时是电网实现智能远程调度的关键性设备。 电网智能远程调度是电网能根据接入负荷的耗电情况，远程控制接入电网的所有光伏系统的逆变器进行功率输出调节，确保电网能量的供-耗平衡。 图3：逆变器具有与电网实现交互的功能 使光伏发电系统获得最大输出效率。太阳能电池组件在不同光照辐射下有不同的最佳功率输出点，并且该最佳功率点时刻都在发生变化。只有光伏发电系统中所有太阳能电池组件都同时工作在各自的最佳功率输出点时，整个光伏发电系统才能获得最大输出功率。单纯的直流—交流电子变换设备无法实现对光伏系统的最大功率进行追踪的功能。光伏并网逆变器可通过动态智能扫描算法（MPPT算法）确保光伏组件能稳定工作在各自的最佳功率点上，从而达到光伏发电系统获得最大输出效率的目的。 图4：逆变器使光伏发电系统获得最大输出效率 逆变器能够判断以及处理光伏系统故障。逆变器在向电网输送电能的同时，能够实时监测整个光伏系统是否出现各种故障，并判断出这些故障的类型并主动采取有效措施，防止光伏系统故障影响到电网。例如，光伏组件因安装不规范或者本身质量问题，造成光伏组件对地绝缘阻抗偏低，从而引起光伏组件对地形成漏电回路，当人接触光伏组件时，可能产生安全威胁。光伏逆变器能够在前期对系统组件的安全性进行诊断，从而提前断开漏电回路，防止事故的发生。 图5：逆变器能够判断和处理光伏系统故障 逆变器是多种信息交互的设备，人机交互的重要平台。光伏逆变器能够检测记录并上传所有发电信息，如直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、交流功率、电网频率、功率因数、日发电量、累计发电量、日发电时间、累计发电时间、无故障运行时间、每天发电曲线、日发电收益、总发电收益、电站环境检测数据等，该等信息都可被光伏逆变器记录并上传到用户的监控设备上（电脑、手机等）。另外，光伏逆变器能够检测记录并上传所有关于电网以及光伏系统的各种故障信息，如电网电压过高及过低、电网频率过高及过低、电网电压不平衡、直流电压过高等，被光伏逆变器记录并上传到用户的监控设备上。 图6：逆变器是多种信息交互的设备，人机交互的重要平台 逆变器是其它应用加入及扩展接口。光伏逆变器可扩展多种功能接口，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。光伏逆变器也是家庭的能源管理、智能家电的能源接口。光伏逆变器具备能耗监测系统，结合相关扩展设备，可以实时监测家庭的能耗情况，为家庭的能源智能管理提供数据支撑。 图7：逆变器是其它应用加入及扩展接口 1.2.多类型逆变器并存，组串式有望成为主流 1.2.1.多种逆变器类型并存 光伏发电系统分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统及分布式光伏发电系统。光伏（Photovoltaic）是太阳能光伏发电系统（Solar powersystem）的简称，是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，系可再生能源使用的一种重要方式。光伏发电系统分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统及分布式光伏发电系统。 独立光伏发电也叫离网光伏发电，主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统、太阳能户用电源系统、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。 图8：离网光伏发电站中逆变器位置 并网光伏发电系太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。并网光伏发电主要有集中式大型并网光伏电站和分布式小型并网光伏电站。集中式大型并网光伏电站主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电，具有电站投资大、建设周期长、占地面积大等特点。而分布式小型并网光伏电站，特别是光伏建筑一体化光伏发电，具有投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等特点，系并网光伏发电的主要发展方向。 图9：并网光伏发电站中逆变器位置 分布式光伏发电系统是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统，以满足特定用户的需求，支持现存配电网的经济运行，或者同时满足此两方面的要求。分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、并网逆变器、交流配电柜等设备，另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。其运行模式是在有太阳辐射的条件下，太阳能电池组件阵列将太阳能转换为电能，由并网逆变器逆变成交流电供给负载就近消纳，多余或不足的电力通过联接电网来调节。 据上能电气招股书，按照光伏逆变器的技术路线，可以将光伏逆变器分为以下几类： （1）大型集中式光伏逆变器：大型集中式光伏逆变器是将光伏组件产生的直流电汇总成较大直流功率后再转变为交流电的一种电力电子装置。 因此，此类光伏逆变器的功率都相对较大，一般采用500KW以上的集中式逆变器。特别是近年来，随着电力电子技术的快速发展，大型集中式光伏逆变器的功率越来越大，从最初的500KW逐步提升至630KW、1.25MW、2.5MW、3.125MW等，同时电压等级也越来越高。大型集中式光伏逆变器具有输出功率大、运维简单、技术成熟以及电能质量高、成本低等优点，通常适用于大型地面光伏电站、农光互补光伏电站、水面光伏电站等。同时，由于其单体输出功率大、电压等级高，随着技术进步近年来开始与下游的变压器集成，形成“逆变升压”一体化的解决方案，以及与储能结合的光储一体化解决方案。 图10：集中式MW级逆变器方案系统示意图 （2）组串式光伏逆变器：组串式光伏逆变器是将较小单元光伏组件产生的直流电直接转变为交流电的一种电力电子装置。因此，组串式光伏逆变器的功率都相对较小，一般功率在50kW以下的光伏逆变器称为组串式光伏逆变器。但是近年来，随着技术进步和降本增效的考虑，组串式光伏逆变器的功率也开始逐步增加，出现了60KW、70KW、100KW、136KW、175KW以上等大功率的组串式光伏逆变器。组串式光伏逆变器由于单台功率小，在同等