「深度」太阳能逆变器:背负885亿市场规模,走向前沿

  • 2022年04月30日
  • 作者: Selina Shi

    Selina Shi

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  • 翻译: Selina Shi

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2021-2025年全球光伏市场概览

2021-2025年全球光伏市场概览

一处离网系统的光伏拓扑图

一处离网系统的光伏拓扑图

一处位于上海的阳光电源快速直流充电器

一处位于上海的阳光电源快速直流充电器

当谈及太阳能市场时,人们对组件以及组件供应链的关注度总是占据高点。2020年,全球太阳能光伏组件市场达到1279亿美元,预计至2030年,这一市场将达到2602亿美元。2021年-2030年,市场年复合增长率为7.4%。

这情有可原,因为组件可以占到太阳能项目成本的55%-60%。当与一个典型项目的其余电力成本混在一起时,在项目成本中占比约为5%-10%的太阳能逆变器很容易被忽视。

然而,作为一个类别,太阳能逆变器不仅对正在进行的太阳能扩张至关重要,而且正如我们发现的那样,逆变器公司如何适应和交付相关产品也会在某些方面决定扩张的步伐。这个市场当然颇具价值。

根据商业研究公司(TBRC)的研究,全球太阳能逆变器市场的规模预计将从2021年的120.4亿美元增至2022年的133.8亿美元(约合885亿元),复合年增长率(CAGR)达到11.14%。

实际上,近年来,尽管组件在继续朝着更高的效率、更高的产能和更大的尺寸迈进,但逆变器和储能市场的变化正在塑造太阳能行业的下一次增长。特别是当太阳能从辅助能源转变为主流选择时。

实际上,由于重点转移到了“智能”逆变器上,太阳能逆变器几乎已不再被称为太阳能逆变器,而且这么做的理由非常充分。如今的“智能”逆变器已远远超出了将组件产生的直流电转换为交流电的基础设施的范畴。

人们将越来越多的依靠它们为电网提供支持,例如电压调节、频率支持等功能。它们也被称为形成电网的逆变器,有可能提供许多当前化石燃料发电领域的电网服务。在全球范围内,人们正试图紧急取代这些化石燃料发电领域的电网服务。

因此,我们决定与一些太阳能逆变器制造公司交流,从而更好地了解逆变器的发展情况以及由此带来的期望。

那么,太阳能逆变器是如何演进的?

阳光电源印度技术主管Nataraja MS表示,“在过去十年中,阳光电源逆变器的发展主要包括了两方面内容:技术改进和应用改进。首先,我们的逆变器在功率转换方面更加高效;大部分逆变器的最高效率可以达到99.9%。由于体积小,它们的功率密度也更高。

此外,为了处理大电流,我们所有的逆变器都采用了多MPPT模式,这与组件硅片的尺寸升级是同步的。”阳光电源最近庆祝了公司印度逆变器制造厂的扩建,工厂产能为4GW。

另一方面,对于最近进入并网逆变器领域的Pyramid Electronics公司的创始人兼首席执行官Sandeep Goyal来说,重点在于关键技术变革。

“从电力电子技术的角度来看,下一步工作是用SiC MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)取代Si IGBT(绝缘栅双极晶体管)。我们的逆变器已经在这一方面取得了进展,我们在并网逆变器和电动汽车充电器中也使用了这项技术。

由于可以简化电子电路并且不会牺牲效率,功率器件的这种变化使部件数量显著减少。与基于更复杂的功率转换器拓扑结构的Si IGBT逆变器相比,具有简单电力转换器拓扑结构的SiC MOSFET逆变器的效率至少会高出1.5%。此外,SiC MOSFET逆变器可以实现更高的功率密度。物联网功能已被添加到十年前不存在的逆变器中。”

Nataraja提醒我们,逆变器必须也是多重用途的。“阳光电源逆变器适合各种应用场景,包括漂浮环境、高海拔环境和化学敏感场所。即使在荒芜、寒冷的环境中,它们也非常坚固可靠。更重要的是,阳光电源逆变器还支持灵活的硬件配置,方便公司客户进行现场设计。”

过去几年中,锦浪科技在世界各地取得了不俗的成功,这提醒我们,随着市场规模的扩大,服务标准已经发生了重大变化。锦浪印度公司销售主管Honey Raza表示, “过去十年来,锦浪始终认为,安全可靠性是串联逆变器开发的核心所在,要始终坚持研发、设计、生产、销售和服务的发展模式。为客户带来越来越出色的组串逆变器光伏项目解决方案,提升客户体验。在产品定位方面,我们始终认为,组串技术是光伏逆变器的最佳解决方案。锦浪最初瞄准了小型光伏并网逆变器市场,为客户开发了多种串联逆变器,功率范围从700W到5kW不等。一个关键的差异化因素是,我们坚持打造一个本地服务团队,为全球所有地区提供及时有效的产品和服务。”

Deepak Pandey是业内资深人士,也是他自己的公司、Invergy India的创始人兼首席执行官,他提出了一个开创性的转变趋势,并认为这种转变力度只会变得更大。“逆变器领域已经从电网发展到混合解决方案。在电网中,系统已经从50kW的最大尺寸发展到现在的295kW(来自阳光电源)。逆变器的发展突飞猛进。如果未来出现最高效率为500kW的逆变器,我也不会感到惊讶。”

混合动力系统利用了从低压到高压、高频解决方案在内的多种技术。他指出,与早期相比,现在的逆变器可以处理的范围更大,混合系统的效率也从60-65%提升到90%以上。

值得关注的是,我们采访的所有专家都重点指出了相对于集中逆变器而言,组串式逆变器可以取得的收益,即使是微型逆变器也是如此。微型逆变器的重要参与方Enphase公司刚刚开始活跃在印度市场。由于成本较高,微型逆变器仍将是逆变器中较小众的类别。虽然人们的预期各有不同,但随着容量的不断提升,在可预见的未来,大多数组串式逆变器将会继续获得市场份额。

电动汽车充电的延伸

对于大多数太阳能逆变器公司来说,更明显的“多样化”趋势之一是转向制造电动汽车充电器,将其视为电力电子和绿色转型概念的自然延伸。从华为到Fimer再到ABB,世界各地的领军公司已经进入了电动汽车充电业务领域。我们采访过的公司要么已身处这一行业,要么制定了进入这一行业的计划。

Raza表示,“电动汽车充电是新能源+户外+电力电子的自然延伸。结合这三个关键词你就会发现,电动汽车充电产品与逆变器是完全兼容的。”

“由于现在能够通过V2G功能稳定电网,我们预计电动汽车的采用将成为一种趋势。这些机遇建立在对太阳能电力的充分利用上,而对太阳能电力的充分利用建立在阳光电源提供的、可靠的逆变器设备的基础上,“Nata-raja MS说道。

当被问及是否有可用于管理太阳能充电站的可行产品时,他表示,“阳光电源也在开发自己的电动汽车充电器。我们现在已经成为CharIN的核心成员。值得一提的是,最近,我们的一款电动汽车充电器为中国上海的首路直流快速电动汽车充电站供电。

Goyal补充表示,从电力电子的角度来看,并网逆变器技术与电动汽车充电器没有太大区别。然而,从完整的电动汽车充电解决方案来看,电动汽车充电器是一种比并网太阳能逆变器复杂得多的产品。电动汽车充电器需要实现OCPP 2.0.1与中央服务器通信,也需要实现一些与电动汽车电池BMS协作的复杂通信协议。由于功率低,根据当前的太阳能电池组件技术,太阳能电动汽车无法实现快速直流充电,但慢速交流充电是可行的。

但Raza非常乐观。“太阳能是纯绿色发电,使用光伏发电为电动汽车充电可以真正实现零碳出行,” “同时,大多数地区的光伏发电成本已经低于最终用户电价。因此,使用光伏发电为电动汽车充电也是一个更经济的选择。”电动汽车充电和太阳能的结合将是未来趋势。他声称,“一旦决定进入电动汽车充电行业,我们就要不仅能制造高质量、高性价比的充电设备,还要与光伏储能合作,提供整体充电解决方案。”

未来的逆变器

Raza预测,“到2030年,逆变器将会增加声音保护技术,使整个光伏系统更安全、更可靠,例如,用于防止电站衰减的抗PID新技术,具有AI自我识别功能的拉弧和切割技术等,”在谈到逆变器技术发展方面取得的进步时,Raza补充表示,“降低难度,减少电站运维的时间和成本也是一个重要方向。逆变器性能的改进对整个光伏系统都具有重要意义。”

固德威印度公司是一家屋顶和商业领域的头部公司,公司已把业务拓展到大型地面电站领域。公司首席技术工程师Balasubramanian T解释称,“智能/组串逆变器技术将引领工商业领域以及大型地面光伏电站的未来太阳能业务。这种智能逆变器具有更多的直流过载方案,灵活的MPPT通道,无保险丝或串联保险丝方案等。凭借上述功能,系统可以减少削波损耗,提供比传统逆变器更高的发电量(kWh)。“此外,与集中式逆变器相比,由于逆变器太阳能电站的停机时间大大减少,而且在系统使用寿期内可以获得更高产能,组串式逆变器将提供更低的平准化度电成本。对Pyramid公司的Goyal观点,阳光电源的Nataraja进行了补充:“首先,碳化硅和氮化镓等宽带隙器件的使用会大幅增长,多层拓扑结构会推动更高的光伏发电电压。通过使用更高的开关频率和更少的输出滤波器级,逆变器可以增强功率密度。此外,依靠开关设备联锁保护机制,预计PWM(脉宽调制)算法也会得到优化,数量会出现下降。”

另一个可能的趋势是,在相同的硬件条件下,逆变器运行模式可以转变为PCS模式。这种转变的效率现在已经达到90%,未来,效率还会进一步提升。

除了向PCS模式的过渡外,未来,我们预计逆变器将会与多种模式协同作用,例如为氢气或电动汽车燃料电池电站供电,为电网提供支持,储存多余电力等。”

物联网也非常值得关注。Natraja MS认为,“未来,逆变器的发展将从物联网和区块链技术中受益匪浅,这会进一步改善预测和诊断功能。此外,逆变器还可以与其他核心设备(例如跟踪器、清洁机器人)密切合作。因此,工厂的整体性能会在生命周期内得到改善,“

Goyal表示,至2030年,智能电网逆变器会发展的足够智能,从而为电网提供支持,向电网供电。通常,这需要逆变器和电力系统运营商之间的可靠通信接口。

即将发布的产品

那么,制造商预计何时会进行下一次重大产线升级? 锦浪预计,2022年三季度,公司会在产品系列中引入“重大升级”:下一代逆变器;可以降低光伏系统平准化度电成本的、电压更高的逆变器;更高的直流/交流比以及与更大组件的兼容。Pyramid Electronics计划在6月底之前推出20-50KW并网逆变器系列产品。此外,它们还在为3-10HP太阳能水泵应用开发VFD控制器。最终,阳光电源推出了新的逆变器系列:SG320HX。

由于可以同时使用182mm和210mm组件,在设计阶段,新型1 + X组件化逆变器为客户提供了灵活性。根据开发商的说法,与传统的集中式逆变器相比,1 + X的组件化设计减少了服务时间并进一步减少了停机时间。

固德威的Balasubramanian表示,“2022年四季度,固德威印度计划在大型地面电站太阳能市场推出300kW+逆变器以及100kW+工商业储能产品。目前,固德威逆变器的户用解决方案范围是0.7-15kW,工商业方案范围是17-136kW。固德威HT 1500V系列(GW250K HT)是固德威在大型地面电站中使用的领先逆变器,它具备了降低平衡系统(BOS)和运维成本的一系列功能。固德威为户用和工商业市场提供3kW-50kW的混合光储能解决方案逆变器。“

逆变器和储能,下一个重大机遇

在所有这些变化中,也许最大的转变是储能的出现,以及用于并网和离网储能系统的专用逆变器。

这得益于质量更好的锂离子电池,以及锂电池和太阳能系统自身价格的下跌。这些因素让专家将逆变器视为一个可能会对未来市场演变产生影响的重点关注领域。虽然发达市场已经开始出现这一变化,但印度应该很快就会感受到这种影响。

Raza补充表示,“主流储能逆变器都采用DC-DC双向拓扑结构,并具有备用拓扑结构,这与传统并网逆变器的电路启动+逆变器拓扑结构是不一样的,” Goyal指出,“举例来说,为了最大限度的利用太阳能,提升系统效益,锦浪的储能逆变器至少有六种控制模式。随着并网逆变器装机容量的增长,日间发电量可能会开始超过负载,这个时点很快就会到来,这会导致电网过电压问题。在这种情况下,电力系统中的储能将成为必需。“

固德威的Balasubramanian对需要做些什么毫不怀疑。他重点指出, “与并网逆变器相比,储能逆变器的价格更具竞争力。印度政策制定者应该关注带有储能方案的太阳能屋顶系统(即太阳能混合系统),而不是屋顶太阳能并网系统。如果所有的邦政府都更加重视太阳能屋顶电池备份系统,这就意味着太阳能储能解决方案的价格也会大幅下跌,这与并网太阳能屋顶系统是类似的。同样,为了鼓励太阳能混合系统,我们必须在所有配电公司中引入基于上网电价的太阳能储能系统。”

期待储能热潮适时而来

“储能-逆变器解决方案为未来可再生能源的利用打开了大门。以前,人们使用逆变器来转换电力以便使用太阳能。现在,通过储能-逆变器解决方案,我们可以拥抱更多的可能性,例如离网应用、电力转换、电网支持、黑启动能力等。通过储能,可再生能源能耗变得更为灵活。储能-逆变器解决方案使可再生能源有望成为能源结构的主体,“

Invergy的Deepak Pandey补充表示:“市场在从集中式逆变器转向组串式逆变器。此外,越来越多的制造商专注于组串式逆变器以及提升组串式逆变器容量,户用和工商业部门将转向储能解决方案。由于组串式逆变器的使用,更多的组件化电站意味着更低的运维成本。得益于储能的混合逆变器技术可以始终以低成本供电。在“并网系统”中,这更多的是与节能以及节约电价相关的概念。系统价格正在下跌,储能解决方案的成本是可以及时降到电网系统的水平的。”

一直以来,储能的扩展一直依赖于逆变器领域更多的人工智能技术、物联网以及其它高端技术。Raza表示,“这是一个不可避免的变化。智能逆变器集成了更多高端技术,例如AI算法,更智能主动的系统运行诊断,减少维护需求等,电站维护行业将出现更多的变化和改进。SVG功能和虚拟惯性技术的加入、无功功率补偿也将通过逆变器得以实现。在户用方面,将储能逆变器集成到AI和能源管理系统会影响智能家居行业,但这是积极的影响。智能逆变器可以与行业中的其他设备集成到一个系统中,为客户带来更多的数字化、智能化和可视化家庭能源管理服务。”

Nataraja补充道:“未来,逆变器的发展将从物联网和区块链技术中受益匪浅,这会进一步改善预测和诊断功能。此外,逆变器还可以与其他核心设备(如跟踪器,清洁机器人)密切合作。因此,电站整体性能会在电站生命周期内得到改善。“

结论

2020年3月,在对2025年之前的光伏市场发展趋势预测中,逆变器行业头部公司华为提出了它对2025年的预期。无论是90%的光伏电站数字化,还是在70%的电站中使用人工智能,再到从适应电网向支持电网的光伏电站的过渡,其中大部分在今天已经成为现实。

当前,当我们考虑到至2030年,全球有70%的太阳能产能尚未实现的事实时,所有这些都更有可能发生。今年的“智能”项目超过了200GW。未来,从电网到制氢再到电动汽车充电,太阳能需要与所有这些内容整合,需求正在逐步到位。

在您看到的大量组件中,太阳能的升级能力清晰可见。但是,如果要安静、智能的实现这一切,更加重要的是组件背后的逆变器。

(责任编辑:Selina Shi)

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