光伏逆變器技術(shù)趨勢

光伏逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制中樞，能夠?qū)⒔M件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)為交流電以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)或負(fù)載使用。光伏逆變器主要由功率轉(zhuǎn)換模塊、微機(jī)控制模塊、EMI模 塊、保護(hù)電路、監(jiān)測模塊、人機(jī)交互模塊等組成，其發(fā)展依賴于電子電路技術(shù)、半導(dǎo)體器件技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展。

(一)技術(shù)趨勢一：功率模塊化加速組串式滲透，新增與替換需求共振

光伏逆變器可根據(jù)工作原理分為集中式、組串式及微型逆變器。由于各類逆變器工作原理不同，應(yīng)用場景也有所不同：

(1)集中式逆變器先匯流、再逆變，主要適用在光照均勻的大型集中式電站場景。集中式逆變器先將多路并行的組串匯流到直流輸入端，進(jìn)行最大功率峰值跟 蹤后，再集中轉(zhuǎn)換為交流電，通常單體容量都在500kw以上。由于集中式逆變器系 統(tǒng)集成度高，功率密度大，因而成本低，主要應(yīng)用日照均勻的大型廠房，荒漠電站 等大型集中式光伏電站中。

2)組串式逆變器先逆變、再匯流，主要適用于中小型屋頂、小型地面電站 等場景。組串式逆變器基于模塊化概念，對1-4組光伏組串進(jìn)行單獨(dú)的最大功率峰 值跟蹤后，先將其產(chǎn)生的直流電逆變先為交流電，再匯流升壓、并網(wǎng)，因此功率相 對集中式更小，但應(yīng)用場景更為豐富，可適用于集中式電站、分布式電站及屋頂電 站等各類電站，價(jià)格略高于集中式。

(3)微型逆變器直接逆變并網(wǎng)，主要適用于戶用及小型分布式場景。微型逆 變器是對每個(gè)光伏組件進(jìn)行單獨(dú)的最大功率峰值跟蹤，再經(jīng)過逆變并入交流電網(wǎng)， 相比于前兩種逆變器，其體積最小，功率最小，一般功率在1kw以下，主要適用于 分布式戶用及小型分布式工商業(yè)屋頂電站，但價(jià)格高昂，一旦出現(xiàn)故障難以維護(hù)。

受益分布式發(fā)電占比提升及加速滲透大型電站，組串式逆變器市占率逐步提升。根據(jù)GTM統(tǒng)計(jì)，2019年全球組串式逆變器市占率為52%，較2015年提升11個(gè) pct。根據(jù)CPIA統(tǒng)計(jì)，2020年國內(nèi)組串式逆變器市占率為67%，較2016年提升34.5 個(gè)pct。具體原因如下：

(1)分布式光伏發(fā)電首選組串式方案，占比提高直接帶動組串式份額增加：

集中式光伏電站投資大，建設(shè)周期長，占地面積大，主要建設(shè)在光照均勻的大型地面。集中式光伏電站能夠充分利用空曠豐富且穩(wěn)定的太陽能資源，通過建設(shè)大型光伏電站，接入高壓輸電系統(tǒng)供給遠(yuǎn)距離復(fù)合，其所發(fā)電能將直接輸送至電網(wǎng)， 由電網(wǎng)以光伏發(fā)電標(biāo)桿電價(jià)收購全部電量并同意調(diào)配向用戶供電。

分布式光伏電站投資門檻低，建設(shè)快，占地面積小，裝機(jī)靈活，是未來光伏發(fā) 展的主要方向。分布式發(fā)電指位于用戶所在地附近的供電系統(tǒng)，其生產(chǎn)的電力除用 戶自用和就近利用外，還可以將多余電力送入當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)。由于太陽能資源具有分散、能量密度低的特點(diǎn)，本身具有分布式發(fā)電的天然優(yōu)勢。由于集中式投資門檻 低，園區(qū)、大工業(yè)、工商業(yè)等高電價(jià)用戶利用分布式發(fā)電的意愿正在不斷加強(qiáng)，直 接推動組串式逆變器市場份額的逐步提升。

(2)組串式逆變器MPPT賦能及維修便利性優(yōu)勢顯著，伴隨單機(jī)功率大型化逐步縮小與集中式價(jià)差，加速滲透大型電站市場：

組串式逆變器具有高發(fā)電量、高 可靠性、安全性高、易安裝維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)一塊組件被陰影阻擋或發(fā)生故障時(shí)，但 因?yàn)榫哂卸嗦?/span>MPPT，因此只會影響對應(yīng)少數(shù)幾個(gè)組串的發(fā)電量，可以將損壞降至 最低，陣列失配損失小，效率更高，逐步應(yīng)用在大型電站市場。

此前組串式逆變器未能大規(guī)模替代集中式逆變器的主要原因在于成本高昂，單機(jī)最大功率也受到功率器件、線路布置等限制，但得益于上游IGBT和MOSFET等核心元器件的迭代升級，疊加功率模塊技術(shù)不斷發(fā)展，組串式逆變器單機(jī)功率密度不斷提高，價(jià)格快速下降，性價(jià)比凸顯， 越來越多大型電站選擇采用組串式逆變器方案。據(jù)PV-tech統(tǒng)計(jì)，在2020年已公布的國內(nèi)央企逆變器集采項(xiàng)目中，組串式逆變器招標(biāo)比例再創(chuàng)新高，占比達(dá)74%。

“新增+替換”需求加速光伏逆變器市場爆發(fā)。與光伏組件25-30年使用壽命不同，光伏逆變器所使用的IGBT等電子元器件的使用壽命普遍為10-15年，因此在光 伏電站運(yùn)行周期內(nèi)至少需要更換一次逆變器，2010年時(shí)全球光伏新增裝機(jī)已達(dá)到 17.5GW， 隨著不斷有光伏電站進(jìn)入存量技改時(shí)期，替換需求將持續(xù)增長。

(二)優(yōu)化空間一：產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化疊加技術(shù)升級迭代，國產(chǎn)加速出海

光伏逆變器原材料成本剛性，是降本核心重點(diǎn)。光伏逆變器原材料成本占比高達(dá)80%以上，主要包括電子元器件、機(jī)構(gòu)件以及輔助材料，產(chǎn)品定價(jià)主要基于成本 加成、品牌定位及對當(dāng)?shù)厥袌龈偁帒B(tài)勢等因素綜合判斷。

(1)產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化推動采購成本下降：國內(nèi)制造業(yè)發(fā)展迅猛，多數(shù)原材料已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，通用性材料市場 充分競爭，采購價(jià)格逐年下降，而集成電路及半導(dǎo)體器件由于技術(shù)門檻較高，仍由 海外廠商提供，國產(chǎn)化后有望帶動采購成本的進(jìn)一步下降。

(2)電子及電路技術(shù)升級助力降本增效：在光伏發(fā)電應(yīng)用中，基于硅基器件的傳統(tǒng)逆變器成本約占系統(tǒng) 10%左右，卻是系統(tǒng)能量損耗的主要來源之一，使用SiC MOSFET功率模塊的光伏 逆變器轉(zhuǎn)換效率可從96%提升至99%以上，能量損耗降低50%以上，設(shè)備循環(huán)壽命提升50倍，從而能夠縮小系統(tǒng)體積、增加功率密度、延長器件使用壽命。

美日等市場滲透仍有提升潛力，國產(chǎn)逆變器成本優(yōu)勢顯著，加速出海優(yōu)化出貨 結(jié)構(gòu)。海外市場對產(chǎn)品性能及售后要求相對較高，競爭氛圍寬松，美日等國家光伏 電站的逆變器仍主要由本土品牌提供;例如SolarEdge和Enphase兩家廠商憑借技 術(shù)和專利壁壘，占美國住宅逆變器80%以上份額;日本準(zhǔn)入門檻較高，逆變器廠商 以TMEIC、Moron、Panasonic等本土企業(yè)為主。

由于海外終端客戶對價(jià)格敏感性 較弱，國產(chǎn)逆變器成本優(yōu)勢顯著，產(chǎn)品性能已不輸進(jìn)口，出口海外的產(chǎn)品價(jià)格及毛 利率都顯著高于國內(nèi)，國內(nèi)逆變器企業(yè)正在加速開拓海外市場，不斷建立海外渠道 及擴(kuò)大品牌影響力，出貨量前10大廠商中的中國逆變器廠商市占率已從2012年的 13%快速上升至2020年的54%。

光伏逆變器產(chǎn)值：2025年翻倍不止，海外市場空間更為廣闊。根據(jù)測算，全 球光伏逆變器產(chǎn)值將在2025年達(dá)889億元，2020-2025年CAGR為18%，其中海外 市場超過700億元。