连接光伏系统与电网的关键设备！光伏逆变器的技术趋势分析
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逆变器是一种将直流电（电池、蓄电瓶）转化为交流电的装置，在汽车、轨道交通、通信设备和新能源发电等多领域有广泛的应用。目前市场上提及的逆变器主要指光伏发电系统中使用的光伏逆变器，以及用于储能系统的储能逆变器（或称储能变流器）。

光伏逆变器是连接光伏系统与电网，确保电站长期可靠运行和提升项目投资回报的关键设备。逆变器的基础功能是将光伏电池输出的直流电转换为交流电，主要通过IGBT和MOSFET等电力电子开关器件的高频率开合以实现此功能，并需要使输出的交流电满足并入电网的电能质量要求。光伏逆变器的性能对于整个光伏系统的运行平稳性、发电效率和使用年限都会产生直接的影响。

逆变器还要负责整个光伏系统的智能化控制。作为当前光伏系统中的主要智能化设备，逆变器还具有提升系统发电效率的最大功率点追踪（MPPT）功能，对系统状态进行监控、调节和保护的孤岛效应控制及零电压穿越等功能。

光伏逆变器大体可分为集中式、组串式、集散式和微型逆变器四种。这四种类别的主要区别在于逆变器的单体容量以及直接与逆变器连接的光伏组件数量不同，由此具有不同的下游应用场景。

组串式逆变器在全球市场占据更大份额。目前全球市场上按容量计算的组串式逆变器出货量约占60%左右，集中式逆变器约占35%，集散式和微型逆变器所占市场份额较小。传统观念中组串式逆变器单机容量较小，适用于户用及工商业分布式光伏系统；集中式逆变器单机容量较大，适用于大型光伏电站的场景。不过近年来，各厂商纷纷推出200KW甚至300KW以上的大容量组串式逆变器，并成功应用于大型光伏电站，使得组串式逆变器的市场份额进一步提高。

逆变器成本在我国光伏系统中仅占3%-5%左右。随着近年来逆变器价格的不断下降，据中国光伏行业协会统计，2020年我国集中式逆变器和组串式逆变器的平均价格分别下探至0.11元/W和0.18元/W，而大型地面光伏系统和工商业屋顶分布式系统的初始投资成本分别为3.99元/W和3.38元/W，逆变器成本仅占3%-5%左右。

光伏逆变器技术趋势

（一）技术趋势一：功率模块化加速组串式渗透，新增与替换需求共振

光伏逆变器可根据工作原理分为集中式、组串式及微型逆变器。由于各类逆变器工作原理不同，应用场景也有所不同：

（1）集中式逆变器先汇流、再逆变，主要适用在光照均匀的大型集中式电站场景。集中式逆变器先将多路并行的组串汇流到直流输入端，进行最大功率峰值跟 踪后，再集中转换为交流电，通常单体容量都在500kw以上。由于集中式逆变器系 统集成度高，功率密度大，因而成本低，主要应用日照均匀的大型厂房，荒漠电站 等大型集中式光伏电站中。

（2）组串式逆变器先逆变、再汇流，主要适用于中小型屋顶、小型地面电站 等场景。组串式逆变器基于模块化概念，对1-4组光伏组串进行单独的最大功率峰 值跟踪后，先将其产生的直流电逆变先为交流电，再汇流升压、并网，因此功率相 对集中式更小，但应用场景更为丰富，可适用于集中式电站、分布式电站及屋顶电 站等各类电站，价格略高于集中式。

（3）微型逆变器直接逆变并网，主要适用于户用及小型分布式场景。微型逆 变器是对每个光伏组件进行单独的最大功率峰值跟踪，再经过逆变并入交流电网，相比于前两种逆变器，其体积最小，功率最小，一般功率在1kw以下，主要适用于分布式户用及小型分布式工商业屋顶电站，但价格高昂，一旦出现故障难以维护。

受益分布式发电占比提升及加速渗透大型电站，组串式逆变器市占率逐步提升。根据GTM统计，2019年全球组串式逆变器市占率为52%，较2015年提升11个 pct。根据CPIA统计，2020年国内组串式逆变器市占率为67%，较2016年提升34.5 个pct。具体原因如下：
   （1）分布式光伏发电首选组串式方案，占比提高直接带动组串式份额增加：

集中式光伏电站投资大，建设周期长，占地面积大，主要建设在光照均匀的大型地面。集中式光伏电站能够充分利用空旷丰富且稳定的太阳能资源，通过建设大型光伏电站，接入高压输电系统供给远距离复合，其所发电能将直接输送至电网，由电网以光伏发电标杆电价收购全部电量并同意调配向用户供电。

分布式光伏电站投资门槛低，建设快，占地面积小，装机灵活，是未来光伏发 展的主要方向。分布式发电指位于用户所在地附近的供电系统，其生产的电力除用 户自用和就近利用外，还可以将多余电力送入当地配电网。由于太阳能资源具有分散、能量密度低的特点，本身具有分布式发电的天然优势。由于集中式投资门槛 低，园区、大工业、工商业等高电价用户利用分布式发电的意愿正在不断加强，直 接推动组串式逆变器市场份额的逐步提升。

（2）组串式逆变器MPPT赋能及维修便利性优势显著，伴随单机功率大型化逐步缩小与集中式价差，加速渗透大型电站市场：

组串式逆变器具有高发电量、高 可靠性、安全性高、易安装维护等优点，当一块组件被阴影阻挡或发生故障时，但 因为具有多路MPPT，因此只会影响对应少数几个组串的发电量，可以将损坏降至 最低，阵列失配损失小，效率更高，逐步应用在大型电站市场。

此前组串式逆变器未能大规模替代集中式逆变器的主要原因在于成本高昂，单机最大功率也受到功率器件、线路布置等限制，但得益于上游IGBT和MOSFET等核心元器件的迭代升级，叠加功率模块技术不断发展，组串式逆变器单机功率密度不断提高，价格快速下降，性价比凸显， 越来越多大型电站选择采用组串式逆变器方案。据PV-tech统计，在2020年已公布的国内央企逆变器集采项目中，组串式逆变器招标比例再创新高，占比达74%。

“新增+替换”需求加速光伏逆变器市场爆发。与光伏组件25-30年使用寿命不同，光伏逆变器所使用的IGBT等电子元器件的使用寿命普遍为10-15年，因此在光 伏电站运行周期内至少需要更换一次逆变器，2010年时全球光伏新增装机已达到 17.5GW， 随着不断有光伏电站进入存量技改时期，替换需求将持续增长。

发电侧储能主要解决可再生能源并网发电的波动性和消纳问题，配电侧储能则主要实现调峰调频功能，发电侧和配电侧储能系统应用通常具有容量大、占地面积大、投资成本高等特点，主要应用于大型集中式地面电站和电网变电站等领域。用电侧可分为户用和工商业光伏储能，主要用于提升发电收益、降低用电成本。

根据储能在各类能源装机配比的渗透率情况，预计2025年储能装机需求超过140GW，储能逆变器产值超680亿元，从而使得整个逆变器行业产 值超1500亿元。

文章来源： 全球光伏，太阳能光伏发电