三重需求推动逆变器行业快速增长

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  在太阳能光伏发电过程中，光伏组件所产生的电流为直流电能，然而并入电网需要的电流为交流电能，光伏阵列的电流输出并不直接符合电网的质量发展要求，所以各类光伏电站均需要用逆变器将直流电变换为交流电从而接入电网。

  除了将组件产生的直流电转化为符合标准要求的交流电外，逆变器在电站发电过程中还起到了别的方面的及其重要的作用。首先，光伏逆变器可保证输入电网的电能质量以确保光伏系统发电的安全与稳定输送；其次，光伏逆变器可通过动态智能扫描算法——上限功率峰值跟踪法(MPPT算法)确保组件能在各自最佳功率点上稳定工作，达到光伏发电系统获得最大输出效率的目的；此外，在逆变器向电网输送电能的过程中能够实时监测整个光伏系统的系统故障并采取比较有效措施，防止相关事故发生；同样，逆变器也可以检测记录并上传所有发电信息如直流电压、电流、功率等；最后，扩展的多种功能接口可以让逆变器拥有更丰富的功能如电池储能接口用于电能储存等等。

  如将光伏逆变器根据功率大小来分类可分为三类：集中式逆变器、组串式逆变器和微型逆变器。其中，集中式光伏逆变器是将很多并行的光伏组串连到一台逆变器的直流输入端，将产生的直流电汇总做上限功率峰值跟踪之后再转变为交流电后并入电网的一种电力电子装置。因此，此类光伏逆变器的功率都相对较大，并且近年来随着相关电子技术的发展，功率范围逐渐提升，上限功率由最初的500kw发展到目前的3.4mw技术水平。

  组串式光伏逆变器是对几组(1-4组)小单元光伏组件进行单独的上限功率峰值跟踪，将产生的直流电直接转变为交流电后再汇总并入电网的一种电力电子装置，因此功率都比较小，同样随着电子技术的进步，其上限功率已由最初的60kw提升至350kw。微型逆变器是对每块光伏组件进行单独的上限功率峰值追踪后转换成交流电再汇总并入电网，其单体容量一般在1kw以下。

  储能，即电能的储存，主要使用在于将电站生产的电能进行储存并通过输电线路输送至民用及工商用电，其在电力系统中的作用可以归纳为三种：发电侧提高发电设备的利用效率或可再次生产的能源的利用率、输配电侧改善电能质量、用户侧消峰填谷等。常见的储能技术可分为三大类：物理储能(如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如铅酸电池、氧化还原液流电池、锂离子电池等)和电磁储能(如超导电磁储能、超级电容器储能等)。

  在光伏与储能双市场成长的影响下，储能逆变器兼备“逆变与储能”功能，成为了市场中的新兴产品。具体来看，储能逆变器集成光伏并网发电、储能电站的功能，可以克服光伏组件受天气变化发电不稳定的缺点，提高电网品质；通过低谷储存电能，高峰输出电能，电网峰值发电量可大幅削减，电网容量也可大幅度的增加，提高电网利用率。光伏所发的电能优先供本地负载使用，多余的能量存储到蓄电池，在电能仍有富余的情况下可选择性并入电网。当光伏所发电能不足时，蓄电池放电提供电能供本地负载使用，以此来降低对电网和传统能源的依赖。

  除光伏储能逆变器外，另一类储能系统部件——储能变流器也同样是包括光伏在内的新能源产业兴起下的热点产品。PCS可大致分为单向与双向变流器，单向变流器与逆变器类似，主要起到的也是直流电向交流电转化的作用；而双向变流器与单向变流器之间最大的差别就是双向产品能进行两种电流间的相互转化。此外不同于储能逆变器，PCS自身并未内置电池或其他储能装置而是依靠外接电池组实现利用电网给蓄电池组充电以及将蓄电池组中直流的电并网使用的功能。

  根据Wood Mackenzie统计，在全球逆变器出货量前十的品牌中，中国品牌近五年来一直占据其中的5-6家左右，其中的这几家国产厂商总出货量总和维持在50%左右，2020年甚至达到了60%；一样能看到华为与阳光电源常年占据全球出货量的前二位，总的来看国产逆变器已成为全世界毫无争议的出货量第一。

  从国产逆变器出口金额来看，近5年来总额都出现了稳定增长的态势，由2016年的68.85亿元增长至2020年的240.14亿元，年增幅均高于20%；截止2021年上半年已出口超过240亿，同比增长超过26%。

  具体来看，全球逆变器厂商份额出现了较为显著的集中效应，通过比较近5年CR3、CR5及CR10厂商的出货量占比不难发现，大部分市场占有率都由出货量前十的厂商所占据，CR3的市场占有率稳定维持在50%附近，CR5维持在60%左右，CR10几乎占据了全球70%以上的市场占有率，2020年更是高达80%。

  根据各企业逆变器年出售的收益与年出货量来可以大致计算出，国内厂商的平均每瓦逆变器出货带来的出售的收益都低于海外逆变器厂商(阳光电源与锦浪科技均在0.22元/W附近，SMA和SolarEdge分别为0.53和0.63元/W)，这也就从另一方面代表着国产逆变能够继续依靠其价格上的优势与中国迅速增加的光伏装机规模继续加速全球化渗透。

  在近些年出货量前10的全球企业中，中国企业的可融资性排名相比来说较高，其中阳光电源的可融资性更是达到了逆变器厂商中的唯一的一个100%，充足表现出对国内逆变器品牌的认可，这也将有利于相关企业未来在国内国际范围内更多地进行融资活动扩大生产。

  近年来部分外企已逐步退出光伏逆变器市场或转移其业务重心，包括了电器巨头西门子，年出货量排名位居前五的SMA以及曾经排名前十的意大利光伏零部件厂商ABB等等；此外，国内厂商不断推出的新产品与国内组串式逆变器逐步扩大的功率范围也助推其更广的应用限制范围，这一些因素都给国内逆变器厂商在光伏产业加快速度进行发展的时代背景下快速抢占全球市场占有率创造了机会。

  根据中国光伏协会的最新统计。在三大类光伏逆变器中，集中式逆变器与组串式逆变器近年来都占据了全球约95%左右的逆变器市场占有率，其中组串式市场占比呈现稳定增长形式，由2018的60.4%增长至2020年的66.5%并且这一趋势预计在未来也将持续下去。

  从两类逆变器的优劣势与其适用的领域与发展的新趋势来看，组串式逆变器的功率比较小但效率较高因此适用于农用与工商业较多，未来有望向大功率化发展、提升转换效率并更加智能化；集中式逆变器的功率较大且成本较低，适用于大型集中式电站，未来有望继续提升单机容量降低电站成本。

  目前光伏发电的发电站可由规模的大小分为两类：大型地面电站与分布式电站，大型地面电站指利用沿海滩涂、戈壁荒地、城郊空旷无遮阳等地面资源，建设集中式大规模的光伏电站；而分布式电站往往是那些离用户较近的小规模发电站，如建在城市建筑物屋顶的光伏发电项目等。由于组串式逆变器的功率较小，因此主要被应用于分布式电站。就市场结构来说，分布式电站在装机中分布式贡献的占比已超过了60%。综合看来，未来随着分布式电站的市2020年的占比已达到32.2%并预计在未来10年内稳定提升至35.2%；有必要注意一下的是2021年上半年，受到光伏组件的价格快速上升以及户用分布式仍有补贴影响，分布式电站的，新增占比提升，组串式需求将会迎来某些特定的程度的提升。

  此外，得益于近年来电力电子科技的技术与器件创新，组串式逆变器单机功率的不断的提高也产生了替代集中式逆变器的潜在趋势。2013年前，20kW已是组串式逆变器的上限功率，而短短十年不到的时间，截止到2021年8月，阳光电源与锦浪科技更是分别发布了SG320HX与G6-GU320K-EHV，两者上限功率都达到了352kW，已接近阳光电源销售的最低功率500kW的集中式逆变器。

  从两类逆变器的性能角度来说，组串式逆变器具有以下优势：更多的MPPT路数(上限功率点跟踪)，更宽的最大功率追踪电压，更灵活的组件配置以及更长的发电时间。因此能预计的是，随着未来单机功率低这一劣势被逐渐弥补，未来将会有更大一部分的组串式逆变器替代集中式逆变器被用于地面集中式与工商业屋顶的分布式电站。

  除了性能优势外，组串式逆变器相对于集中式逆变器在系统可靠性、失效率、散热原理、可维护性等方面均有一定的优势。

  可靠性：组串式方案组件和逆变器直接相连，直流线缆短，输电主要以交流线缆为主；集中式方案主要设备有直流汇流箱、直流配电柜、逆变器及升压变，输变电链路设备多，输电线路直流线缆较多。直流电特点是易产生拉弧故障且不易熄灭，存在无法扑灭的风险，而交流电技术已发展了100多年，与之相关的电器件也已发展成熟，交流部分安全性经过长期验证。

  失效率：组串式一般会用自然散热方式，无外置风扇，实现内外部的环境隔离，防护等级达IP65，可使内部器件保持在无尘和稳定的环境中运行；集中式逆变器方案一般都会采用常规的土建房或集装箱式机房，防护等级IP54，但因机房普遍采用直通风式散热方案，无法阻挡风沙、灰尘和腐蚀性气体进入逆变器，最终造成放电、起火等安全风险。

  散热原理：组串式逆变器单个功耗数百瓦，可实现自然散热设计，而集中式逆变器安装于机房内，功耗数十千瓦，温升比组串式高，容易带来器件寿命降低、整机降额运行，甚至炸机隐患。

  可维护性：故障发生时，集中式一般需厂家的专业技术人员到场定位及维修，处理时间长，发电量损失大；而组串式逆变器可直接由现场运维人员进行更换处理，简单快捷，先保证发电，然后再对故障机器做多元化的分析、维修。而从两类逆变器的成本角度来看，日趋下降的价格和较低的电站投资所需成本占比逐渐消化了近年来组串式在价格这一块的劣势。

  从两类逆变器的价格变化趋势能够准确的看出，组串式的下降较集中式更明显，由2018年的0.25元/W下降至2020年的约0.17元/W，同期集中式逆变器的成本约为0.12元/W，两者相差约0.05元/W。其次通过分拆对比两种光伏系统发电的投资所需成本，即地面集中式与工商业分布式，能够准确的看出逆变器成本仅占两种电站成本的3%与5%左右，相信未来两者成本差距的缩小也将促进组串式逆变器需求的上升。

  2020年中国能建、中广核、国家电投、大唐、华能、中核、华电7家能源央企的光伏逆变器招标规模达到24GW，其中组串式逆变器17.7GW，占比73.9%；集中式逆变器4.9GW，占比20.42%；集散式逆变器1.35GW，占比5.65%。

  由于光伏组件发电想要实现并网必须得经过逆变器的转化，因此光伏逆变器也随着光伏装机量的提升同步出现快速上升的趋势，从中国光伏协会提供的数据能够准确的看出，全球年度新增装机量由2011年的30.2GW上升到2020年的130GW，年复合增长率高达17.6%，预计在2025年将达到270-300GW。而光伏逆变器从2014年以来，年出货量已从39GW增长至2020年的185GW，年均复合增速高达29.6%。

  此外，光伏逆变器的更新需求长久来看将成为又一大增长点。不同于光伏组件较为普遍的25-30年的平均寿命，由于光伏逆变器中的IGBT等部件的常规使用的寿命通常在10-15年左右，因此相比组件会有更大的更换需求。当前于2005年前后光伏装机迅速增加的欧洲地区已开始步入了替换阶段，后续伴随2010年左右以中国、日本为主的亚太市场进入装机高峰，其替换需求也有望在近年迅速增加。据IHS Markit统计，2020年全球逆变器替换需求为8GW，较2018年已实现100%的增长并且有望在未来5年期间保持17%的年均复合增长率在2024年达到15GW。

  自清洁能源与低碳排放成为全世界范围内的重要环保发展方向后，各国政府已相继推出了相关支持性政策如通过税收优惠以及补贴的方式来促进储能成本下降和规模应用，包括欧盟“2050实现零碳排放”、英国加大部署高容量储能项目等。

  我国储能产业虽起步较晚，但发展迅速。自2009年开始国家重点关注储能产业发展后，大力推进了相关的补贴与鼓励性措施，加快我国新能源产业市场不断扩张，储备设施、技术研发、应用等方面的较大革新。其中， 8月10日颁布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》直接指出2025年储能装机将达到30GW以上，以此数据计算未来五年装机量的年均复合增速将达到56%；同时储能逆变器存储与释放电量的功能也充分迎合了错峰用电的指导要求。

  目前主流的储能方式为抽水蓄能、电化学、熔融盐、飞轮与压缩空气储能，其中抽水蓄能长期占据绝大部分储能市场，但电化学储能正逐步扩大规模，从全球市场来看，2020年的装机占比相比2018年的3.7%已增长超过一倍达到了7.5%；从装机量来看，全球储能装机总量持续提升，其中电化学储能装机规模在2018-2020年分别为3.7GW/2.92GW/4.68GW。

  从国内市场来看，电化学储能的市场占比增速比起全世界内更快，由2018年的3.4%增长到了2020年的9.2%，从装机量来看，电化学储能的装机量在2018-2020年分别达到了0.68GW/1.07GW/1.71GW，年均复合增速高达90%。

  电化学储能作为未来储能行业的重点发展趋势，其累计投运规模逐年快速提升。根据CNESA预计，我国电化学储能累计投运规模从2020年的3.3GW在2025年增长至36GW-56GW区间。

  储能逆变器作为电化学储能所必须的直接配套产品，因兼备了电储能与逆变的功能，在逐步扩张的家庭与工商业小型电站中扮演新兴角色，其将持续受益于储能行业，尤其是电化学储能市场的扩张，未来五年内预将保持电化学储能相同的增长率。

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