ES系列单相双路离并网一体逆变器 产业深度调研及未来发展现状趋势

ES系列单相双路离并网一体逆变器 产业深度调研及未来发展现状趋势 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、 光伏发电行业利润水平的变动趋势及变动原因 光伏逆变器行业属于技术密集型行业，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，产品最终成熟应用前需要投入大量的资源。因此，行业产品的利润水平相对较高。 电力电子产品的利润水平在不同的消费市场通常存在一定差异。一般情况下，在光伏产业起步初期、政策支持力度较大或用户具有一定消费能力和消费习惯的市场，光伏逆变器产品利润水平较高，而产业发展较为成熟、市场竞争激烈的市场，利润水平相对较低。 光伏逆变器产品具有电力电子产品一般生命周期特征，即产品普遍存在更新换代，在新技术或新产品发布初期，产品可获得较高的利润水平，随着产品技术发展成熟、同行业竞品的增加和市场竞争的加剧，产品利润水平将呈下降趋势，直至趋于稳定。 三、 中国光伏发电行业产业链 光伏发电产业链上游为原材料，包括硅矿石、硅料、硅片、银浆等；产业链中游为光伏发电系统，主要由太阳能电池板（组件）、控制器、蓄电池组（可无）、逆变器等设备组成，其中太阳能电池板由电池片和电池组件组成；产业链下游则是光伏发电站以及光伏应用产品。 从光伏发电产业链上游来看，硅料领域供应商主要有通威股份、新特能源、保利协鑫等；硅片领域供应商有隆基股份、中环能源、晶科能源等。从产业链中游来看，电池片方面我国通威股份、恒星科技、中利集团等企业已处在领先地位；光伏组件方面，隆基股份、晶澳科技为龙头企业；光伏逆变器方面，阳光能源、锦浪科技、上能电气排名前列。 四、 光伏发电行业技术发展历程 光伏发电行业技术发展主要是由光伏电池技术路线演变拉动的，从以硅系电池为代表的第一代光伏电池、到以铜铟稼硒（CIGS）、锑化镉（CdTe）和砷化镓（GaAs）等材料的薄膜电池为代表的第二代光伏电池，如今光伏电池技术已发展至第三代，第三代光伏电池技术主要包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等，具有薄膜化、转换效率高、原料丰富且无毒的优势。 近年来，我国出台一系列光伏发电技术及研发的相关政策，通过政策指导，行业加快光伏发电技术的推广和革新，促进光伏发电产业的快速发展。 五、 光伏发电行业与上下游行业之间的关联性 （一）光伏发电与上游行业的关联性及其影响 行业原材料主要包括IGBT、IC等半导体器件，传感器、连接器、线材等电子物料，散热器、紧固件等机构件，电感、变压器等磁性器件，电阻、电容等阻容器件以及电芯、PCB板和包装材料等，原材料所属行业为上游行业。 半导体器件等原材料的采购成本主要受到技术发展状况、半导体材料价格等因素影响，其中进口半导体器件价格还受到国际贸易政策、全球疫情状况等因素的影响；电芯原材料的采购成本主要受到碳酸锂、正负极材料市场价格等因素的影响；机构件原材料的采购成本主要受到铝锭、塑胶等大宗商品价格因素的影响。 （二）光伏发电与下游行业的关联性及其影响 行业下游客户包括设备经销商、EPC承包商、设备安装商、系统集成商、终端用户等。下游市场需求主要受到地方政策法规、清洁能源发展目标、光照条件、经济环境等因素的影响。在全球能源结构转型、光伏发电与储能大规模应用的背景下，下游行业保持快速增长趋势。 六、 光伏发电概况 （一）光伏发电的原理 光伏为太阳能光伏效应（Photovoltaics）的简称，又称为光生伏特效应，指光照时不均匀半导体或半导体与金属组合的部位间产生电位差的现象。光伏发电系利用半导体界面的光伏效应，将光能直接转变为电能的技术。 （二）光伏发电系统的组成 光伏发电系统主要由光伏组件、光伏逆变器、配电箱或储能电池等组成，能够利用光伏效应将太阳能直接转换为电能进行利用或存储，为利用可再生能源的主要方式之一。 1、光伏组件 太阳能光伏组件系将一定数量的太阳能电池片以串并联方式密封而成的组件。在光伏发电系统中，光伏组件起到光电转换作用，即在太阳光照射下能够将太阳能转换为电能进行输出，是光伏发电系统中的最小有效发电单位。因此，光伏组件是光伏发电系统的核心组成部分，决定了光伏发电系统的光电转换效率。 2、光伏逆变器 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，在光伏发电系统中，光伏组件输出的电力均需通过光伏逆变器的处理才能够实现对外输出。同时，光伏逆变器可通过跟踪光伏阵列的最大输出功率，将电能以最小的变换损耗、最佳的电能质量进行输出。因此，光伏逆变器是光伏发电系统的大脑，决定了光伏发电系统的发电效率和运行稳定性。 3、光伏配电箱或储能电池 光伏逆变器将光伏组件产生的直流电转换成交流电后，其输出的交流电可以与市电的频率及相位同步，因此输出的交流电可通过配电箱等装置并入市电电网。近年来，随着光伏发电技术的发展和应用范围的不断扩大，光储一体化已成为行业的主要发展方向，即在光伏发电系统中配备储能逆变器与储能电池，通过储能逆变器控制储能电池的充放电过程，实现波谷储存电能、波峰输出电能，起到平滑输出功率曲线、降低电网调度压力、节省用电成本等作用。 （三）光伏发电的类型 根据光伏发电所产生电力的最终去向，光伏发电可分为独立光伏发电和并网光伏发电。 独立光伏发电又称为离网光伏发电，指光伏发电系统产生的电力不接入公共电网，而直接使用或储存在蓄电池中，用于夜间或在多云等情况下提供电力。独立光伏发电可实现原地发电、原地使用，无需架设输电线路，电力输送损耗小，因此一般适用于未并网或并网电力不稳定的偏远山区、海岛等区域用电，以及光伏建筑、太阳能路灯等各类带有蓄电池的独立运行的光伏发电系统用电。 并网光伏发电指光伏发电系统产生的电力，在经过并网逆变器转换成符合电网要求的交流电后，直接接入公共电网。根据电力并网模式，并网光伏发电又可分为集中式光伏发电和分布式光伏发电：①集中式光伏发电指通过在太阳能资源丰富的空旷地区建设大型光伏电站，通过高压输电线路将光伏发电系统产生