单相三路并网逆变器全景调研与发展战略研究

单相三路并网逆变器全景调研与发展战略研究一、 光伏发电行业基本情况（一）全球光伏发电行业基本情况1、全球光伏发电行业发展情况自人类工业革命以来，石油、煤炭等化石能源消耗量剧增，化石能源的开采和消耗对于全球生态的影响日益加剧，能源问题与环境问题已成为制约人类社会发展的主要因素之一。太阳能作为可供人类利用的储量最为丰富的清洁能源之一，有望在应用规模、开发成本、使用效率等方面实现对传统能源的替代，具有良好的发展前景。英国石油（BPplc，BP）发布的2022版bp世界能源统计年鉴显示，2011-2021年度内，各年全球光伏装机量保持19%以上的增长，近十年复合增长率达28%。2021年度，全球光伏装机量已达8431GW，全球光伏发电行业整体保持快速增长趋势。国际能源署（InternationalEnergyAgency，IEA）发布的统计数据显示，2010年前后，全球光伏发电量开始进入快速增长阶段，并持续保持增长。根据国际能源署发布的统计数据，2010-2019年度，全球光伏发电量占清洁能源发电量的比例已从081%提升至1041%，占全球总发电量的比例从015%提升至252%，而以2050年全球范围内实现碳中和目标进行预测，届时光伏发电量占全球各类能源发电总量的比例将在35%左右。光伏能源已进入与传统能源竞争的发展阶段，且仍具备较为广阔的增长空间。2、全球光伏发电市场分布情况因全球各国家及地区太阳能资源分布、光伏产业起步时间、政策支持力度、经济发展状况等方面存在差异，全球光伏发电市场的分布呈现一定的差异化特征。亚太地区、北美地区和欧洲地区为目前全球光伏发电的主要市场，根据国际能源署发布的研究报告SnapshotofGlobalPVMarkets2022，前述地区2021年度光伏装机量占当年全球装机总量的比例在90%左右。随着光伏产业在全球范围内的快速发展，近年来，除中国、欧盟、美国等传统主要市场外，其他国家及地区的光伏产业也呈现较快发展趋势。根据国际能源署研究报告，2021年度全球共有20个国家的光伏装机量超过1GW，15个国家的累计光伏装机量已超过10GW。在新冠肺炎疫情对全球多数地区光伏工程进度产生不利影响的背景下，印度、巴西等光伏产业新兴市场2021年度保持快速增长趋势。根据英国非营利机构能源与气候智能小组（Energy&ClimateIntelligenceUnit）发布的统计数据，截至目前，全球已有71个国家或地区通过法律提案、政策文件等不同形式提出或承诺提出碳中和目标，57个国家或地区已提出相关目标或正在讨论实施。随着更多国家将碳中和作为重要战略目标，光伏产业预计将在全球范围内实现更为广泛的发展。（二）中国光伏发电行业基本情况中国是全球最大的光伏市场，光伏产业已成为我国具有国际竞争优势的战略性朝阳产业。近十年来，中国光伏发电行业经历了政策支持下的爆发式发展、产业调整、竞争加剧、稳定发展等多个阶段。特别是2018年以来，国内531新政的实施促使行业落后产能加速出清，推动我国光伏行业进一步提质、降本、增效，对于推动平价上网的实施及产业的可持续发展发挥了重要作用。目前，我国光伏行业在产业规模、技术水平、产业链体系等方面均位于世界前列，在光伏产业链多个环节具有一批全球领先的企业。根据中国光伏行业协会发布的统计数据，我国在多晶硅产量、组件产量、光伏新增装机量和累计装机量等方面均位居全球首位。2021年3月，政府工作报告中提出，在持续改善环境质量方面，扎实做好碳达峰、碳中和各项工作，制定2030年前碳排放达峰行动方案，优化产业结构和能源结构，大力发展新能源。在十四五时期主要目标任务指出，单位国内生产总值能耗和二氧化碳排放分别降低135%和18%。在光伏发电成本下降、下游市场拉动、国家政策支持等一系列有利因素的推动下，根据中国光伏行业协会（CPIA）发布的预测数据，中国未来五年新增光伏发电装机容量呈逐年增加趋势。乐观情形下，2025年度中国新增光伏发电装机容量将达到110GW，保守情形下亦将达到90GW。二、 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。三、 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243%。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1436万吨，同比增长269%。（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242万吨增至2020年的392万吨。2022年上半年，我国多晶硅产量约365万吨，同比增长534%。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1947GW，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2348GW。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917%，产量合计约156GW，占全球硅片总产量的929%。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132%。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。四、 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。五、 我国光伏产业发展较快光伏发电作为绿色能源的一种，是我国迈向碳中和碳达峰，进行能源结构转型发展中的重要一环。从累计装机容量方面来看，据国家能源局统计数据显示，2015年以来，我国光伏发电累计装机容量增长迅速。2015年，全国光伏发电累计装机容量为4318万千瓦，到2020年已经增长至25300万千瓦。从一定程度上说，我国的光伏发电正在迅速发展起来。户用型光伏是分布式光伏发电的主要形式，户用型光伏并网发电系统的工作原理是太阳能电池板接收太阳能辐射，光伏阵列输出直流电，经逆变转化为与市电电网同频、同相的交流电，实现交流并网同时供本地交流负载使用。一个典型的户用型光伏并网发电系统一般由光伏电池阵列、接线箱、并网逆变装置、电表、电网和负载组成。光伏发电是指利用光伏材料的光电特性，将光的辐照能量转换为电能（直流），再通过逆变器并入三相交流电网的新能源发电。作为分布式光伏发电的主要形式，户用光伏系统已在国外得到成功推广。从光伏的全球应用来看，分布式光伏发电是主流，分布式的应用占比已经达到79%。在日本和澳大利亚，分布式光伏发电占比超过99%，在应用最成熟的德国，分布式占比也高达86%。六、 中国光伏发电行业市场规模及未来发展趋势中国的光伏发电行业已经取得了快速发展，成为全球最大的光伏发电市场。根据统计，2018年中国光伏发电安装量约为212GW，较去年增长了44GW，同比增长258%。与2018年相比，2019年中国光伏发电安装量将超过30GW，较2018年增长了409%。随着中国积极发展可再生能源，未来的光伏发电市场规模将会进一步扩大。中国政府强调推进新能源发电，政策支持更加稳定，投资环境更加优越。政府支持政策包括电价补贴、建设补贴、财政补贴、运行补贴、社会财政补贴等。根据市场调研在线发布的2023-2029年中国光伏发电行业竞争现状及投资机会分析报告分析，到2020年，中国光伏发电安装量将达到约715GW，增长率达到50%以上。到2030年，中国光伏发电安装量将达到约1430GW，增长率达到20%左右。由于政府支持、技术进步和成本降低，中国光伏发电市场的发展将会越来越快。此外，中国的光伏发电市场也将朝着智能化发展。智能控制可以更有效地调节光伏电站的运行，提高发电量和节能减排，延长设备使用寿命，提高运行效率，提高电站经济效益。随着技术的发展，中国的光伏发电市场将朝着智能化方向发展，实现高效可持续的发展。总的来说，中国光伏发电行业的市场规模正在不断增长，随着政府支持、技术进步和成本降低，未来的发展趋势将会更加迅速。此外，中国的光伏发电市场也将朝着智能化方向发展，实现高效可持续的发展。光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成。随着可持续发展观念不断深入人心，中国光伏发电市场规模迅速扩大，技术不断进步，成本显著降低，光伏发电呈现出良好的发展前景。七、 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。