光伏并网逆变器行业投资潜力及发展前景

光伏并网逆变器行业投资潜力及发展前景 一、 光伏发电行业技术水平特点和特有的经营模式 （一）光伏发电行业技术水平特点 电力电子行业属于技术密集型行业，涉及电力电子、控制理论等学科，光伏逆变器与储能系统产品在研发、设计、生产制造与创新性改进等方面的专业化程度较高，主要运用的技术包括光伏逆变器拓扑与调制技术、并网控制与保护技术、最大功率追踪算法技术、直流故障电弧检测技术、电芯测试与模组集成技术、储能变换技术、能量均衡与管理技术等。 1、光伏逆变器拓扑与调制技术 光伏逆变器作为连接光伏阵列与电网的核心设备，其拓扑结构直接决定了整个光伏发电系统的效率和稳定性，是影响系统高效、可靠运行的关键因素。如工频变压器隔离型逆变器拓扑能够有效阻止逆变器输出波形中的直流分量注入电网，提升系统的安全性，但会导致系统体积、重量和成本显著增加；无变压器拓扑的制造成本相对较低，但由于输入与输出之间没有电气隔离，光伏组件对地存在随外部环境变化而大范围变化的对地电容，因此极易产生对地漏电流，影响变流器的工作模式。因此，光伏逆变器厂商需要不断完善产品的电力电子变换拓扑结构与调制策略，保证性能指标与功能安全的同时，不断提升产品的逆变效率、降低制造成本。 2、光伏发电并网控制与保护技术 由于电网阻抗的存在，大量逆变器接入电网会使得逆变器与逆变器之间、逆变器与电网之间发生交互影响，从而产生并网电流谐波大、逆变器脱网、非计划性孤岛运行等问题，对电网的安全可靠运行产生不利影响。同时，当光伏电站渗透率较高或负荷较大时，电网容易发生故障引起光伏电站跳闸。由于故障恢复后光伏电站重新并网需要时间，在此期间引起的功率缺额将会进一步导致邻近的电站过载跳闸，从而引发大面积停电。因此，稳健的并网控制算法与保护技术是保障光伏并网发电系统安全的关键技术。 3、光伏发电最大功率点追踪技术 光伏组件的电压、电流曲线呈现较强的非线性特点，在辐照强度、温度等环境条件改变时，光伏组件可以提供最大功率传输效率的负载曲线也随之发生变化。通过实时调节负载阻抗以匹配光伏组件的内阻，可使光伏组件始终工作在最大功率点或其附近，从而保持光伏组件传输功率最高。由于最大功率点随环境参数变化，仅依靠组件无法实现自动追踪最大功率点并使负载特性维持在该功率点。通过电路设计和控制算法调节连接到光伏组件上的负载功率，结合最大功率点追踪技术可以匹配到当前组件最大可用功率所需要的最佳负载，通过提高最大功率点追踪效率来增加系统整体效率。 4、光伏发电直流故障电弧检测技术 光伏组件串联后会形成高压直流系统，而直流电弧不存在过零点，触发部位会维持较长时间稳定燃烧而不熄灭。在光伏发电系统中，由于接触不良、连接器损坏、绝缘老化等原因均可能引起直流电弧，成为导致光伏发电系统火灾的重大隐患。直流故障电弧检测技术通过产品内置的直流电弧检测模块，使用高精度电弧故障传感器，通过傅里叶分析从复杂的直流变化信号中准确识别故障电弧信息。通过实时监测组件到逆变器输入端的电流信息，在电弧产生的初始阶段判断电弧故障，逆变器快速切断分断、熄灭电弧，提升光伏发电系统的安全性。 5、光伏发电电芯测试与模组集成技术 电芯测试与模组集成是储能系统集成的主要内容之一，是储能系统产品设计、生产和应用的关键步骤，也是连接电芯生产与下游应用的重要环节。模组集成的优劣对于锂电池系统的能量密度、安全性、功能性、可靠性、环境适应性至关重要。同时，基于下游应用的定制化设计能力对于解决电芯、电气件、结构件等电池模组部件的有机结合至关重要。通过优质的整体设计、高可靠性电池管理系统、高效热管理技术及精确的检测技术等成熟技术的交互使用，电池组各模块可实现有机结合，保障核心储能装置电芯的安全性和稳定性。 6、光伏发电储能变换技术 传统的光伏发电为间歇性能源，只能日间并网馈电。光伏储能系统产品可适应光伏逆变器的市场需求，改变单一日间发电、用电的结构性问题。光伏储能系统在家庭户用、工商业领域应用广泛，实现自发自用、削峰填谷等功能，储能技术是解决可再生能源高比例应用的有效手段。储能功率转换系统是电池介质与电网的接口，承担着对电池介质的管理、充放电控制与并网任务，随着储能系统容量的扩大和对其功能需求的提升，储能功率转换系统在不断发生变革与创新。 7、光伏发电能量均衡与管理技术 储能电池模组具有区别于单体电池的额外特性，基于目前的电池设计与制造技术水平，单体之间的性能差异在其整个生命周期中客观存在。实际使用过程中，在将多个单体锂电池串并联构成一定电压、容量的电池组时，需使电池组功能和性能指标达到或者接近单体的平均水平，避免单体由于过充、过放导致提前失效，因此需对电池组中单体之间实现均衡控制和管理。电池组均衡管理是一项较为先进的电池组使用技术，需要结合动力电池电化学模型、电子电源和计算机控制等多学科技术进行创新性设计。 （二）光伏发电行业特有的经营模式 1、光伏发电直销和经销相结合的销售模式 光储系统设备供应商的下游客户包括设备经销商、系统集成商、系统安装商、EPC承包商和终端用户等，均可直接向设备供应商采购相关产品用于自身业务。根据产品类型、市场特点的不同，光储系统设备供应商通常采取直销和经销相结合的销售模式。 2、光伏发电境外客户以专业化属地经销商为主 光储系统在提供给终端用户使用之前，存在系统设计、系统部件集成、系统安装及验收和发电并入电网等环节，其中系统设计环节由于涉及建筑结构和屋顶荷载等，需要施工方提前进行现场踏勘，并结合现场情况设计施工图纸。后期集成和安装完成后，由于发电上网需与当地电网对接并根据项目装机容量等确定接入方案，光伏发电系统自设计至验收全流程的专业性和属地性较强。海外市场已逐步形成一批经营规模较大、业务较为成熟的区域性光伏设备经销商，一方面利用其渠道优势，向设备供应商采购系统设备，从事专业化的设备经销业务，另一方面，因其本地化服务能力强，贴近客户需求，经销商亦为终端用户提供光伏发电系统设计、集成、安装等服务，形成了以专业化属地经销商为主的渠道特点。 二、 中国光伏发电行业上游 随着光伏产业的发展，我国工业硅行业总体运行平稳，行业供需两旺，价格大幅上涨。2021年，中国工业硅产量261万吨，同比增长24．3%。据中国有色金属工业协会数据，2022年上半年，我国工业硅产量143．6万吨，同比增长26．9%。 （一）硅料 多晶硅位于光伏发电产业上游，是发展光伏发电不可或缺的材料。近年来，我国多晶硅产量持续扩大。多晶硅产量由2017年的24．2万吨增至2020年的39．2万吨。2022年上半年，我国多晶硅产量约36．5万吨，同比增长53．4%。 中国多晶硅行业集中度较高，CR6占比77%，且有进一步上升趋势。由于多晶硅生产属于高资金、高技术壁垒的行业，项目建设、投产周期通常长达两年及以上，因此新厂商进入该行业较为困难。其中，通威集团以15%的产量占比位居第一，其次是新疆大全、新特能源占比14%，江苏中能、东方希望占比13%，协鑫集成占比8%。 （二）硅片 近年来，我国硅片产量总体呈逐年增长态势，2017年至2021年产量从92GW增长至194．7GW，约占全球比重的97%。我国硅片企业凭借在单晶连续拉棒和金刚线切割方面的技术创新以及低电价区位布局资源优势，建立了生产成本优势，进一步巩固了硅片产业在全球的领先地位。预计2022年我国硅片产量将达到234．8GW。 全球硅片产能规模前十企业均为中国企业，这十家企业产能合计约227GW，占全球硅片总产能的91．7%，产量合计约156GW，占全球硅片总产量的92．9%。目前隆基绿能和中环股份在单晶硅片市场的占有率合计达50%以上，硅片行业呈现双寡头竞争格局。同时，由于光伏装机需求持续增长，行业技术快速进步，其他拥有客户、技术、资金等优势的硅片企业仍有较大发展空间，硅片市场格局仍处于动态变化中。 （三）银浆 光伏银浆作为制备太阳能电池金属电极的关键材料，其品质直接影响着电池的光电性能。2021年全球光伏银浆供应量预计在3518吨左右，相较2020年增加13．2%。我国高温光伏银浆行业市场竞争格局中，帝科股份占比最大达13%，其次为苏州固锝占比10%，常州聚合占比8%。2021年三大光伏银浆企业总产能2700吨，总产量1708吨。 三、 光伏逆变器行业基本情况 （一）光伏逆变器的原理及分类 光伏逆变器是能够将光伏组件所产生的直流电转化为可并入电网或供负载使用的交流电的设备，是光伏发电系统的核心部件，其稳定性直接决定了发电系统整体的稳定性。光伏逆变器主要由输入EMI电路、DC/DCMPPT电路、DC/AC逆变电路、输出EMI电路、核心控制单元电路组成，根据不同的用途和技术特点，光伏逆变器有多种分类方式。 （二）光伏逆变器行业发展情况 1、全球光伏逆变器行业保持较快增长 作为光伏发电系统的核心设备，光伏逆变器的行业发展情况与全球光伏产业的发展趋势一致，近年来保持较快增长。根据国际知名的电力与可再生能源研究机构WoodMackenzie发布的统计数据，2016年以来全球光伏逆变器出货量快速增长，从2016年的81．3GW上升至2021年的225．4GW，年复合增长率达到22．62%。 中国美国和欧洲作为光伏产业的主要市场，同样为光伏逆变器出货量最大的国家和地区。同时，印度、拉丁美洲等光伏产业新兴市场的光伏逆变器出货量也呈快速增长趋势。 2、中国光伏逆变器企业市场份额不断提升 近年来，中国光伏逆变器企业的市场竞争力和国际化程度不断增强，在全球的市场份额持续提升。2015年以来，华为和阳光电源稳居全球逆变器行业前两名，2021年度市场占有率合计约44%；同时，包括固德威、锦浪科技在内的国内知名逆变器品牌快速成长，出货量以及全球市场占有率不断提升。 3、光伏逆变器行业集中度呈上升趋势 光伏产业经过前期的产业调整，竞争力不足的厂商逐步被淘汰，技术研发实力、业务规模、国际化程度等方面具有优势的光伏企业逐渐脱颖而出。根据WoodMackenzie的统计数据及测算，全球光伏逆变器出货量排名前五名、前十名的市场占有率已分别从2013年度的40%和55%上升至2021年度的63%和82%。在全球各国保护性和补贴政策趋稳、产业逐步向市场化驱动转变后，光伏逆变器行业集中度整体呈上升趋势，并逐渐趋于稳定。 （三）光伏逆变器行业发展趋势 1、光伏发电成本优势逐渐体现 随着光伏发电产业快速发展、产业技术不断革新、产业链上下游竞争加剧，光伏组件、光伏逆变器等光伏发电系统核心部件的研发能力、生产效率不断提升，进而使得光伏发电成本整体呈下降趋势。根据国际可再生能源署（IRENA）统计，2010年全球光伏度电成本平均为0．37美元/度，2019年已下降至0．05美元/度，降幅超过80%。 近年来，受到新冠肺炎疫情、国际战争冲突等因素影响，全球化石能源价格不断上涨，使得光伏发电的成本优势进一步凸显。随着光伏平价上网的全面普及，光伏发电已逐步完成从补贴驱动至市场驱动的转变，进入稳定增长的新阶段。 2、光储一体化成为光伏逆变器行业发展趋势 光储一体化指在光伏发电系统中增加储能逆变器、储能电池等储能系统设备，有效解决光伏发电间歇性、波动性大、可调控性低的弊端，解决发电连续性和用电间断性之间的矛盾，实现电力在发电侧、电网侧和用户侧的稳定运行。 随着光伏装机量的快速增长，因光伏发电的波动性特征产生的弃光问题日益凸显，储能系统的运用将成为光伏大规模应用、能源结构转型的关键要素。根据彭博新能源金融（BloombergNewEnergyFice，BNEF）发布的统计数据，近年来，电化学储能市场累计装机量呈快速增长趋势。 2021年度，全球电化学储能市场新增装机量24．3GW，同比增长127．10%。2021年末全球已投运电化学储能累计装机量约为57．4GW，占光伏累计装机量的比例为6．81%，光储配套比例呈上升趋势。储能逆变器作为储能系统中的核心设备，根据IHSMarkit的预测，2022年度全球并