光伏逆变器产业链前瞻_应用案例_小九直播平台

光伏逆变器产业链前瞻

发表时间：2024-05-10 16:27:21 来源：应用案例

在太阳能光伏发电过程中，光伏阵列所发的电能为直流电能，然而许多负载需要交流电能。

直流供电系统存在很大的局限性，不便于变换电压，负载应用场景范围也有限，除特殊用电负荷外，均需要使用逆变器将直流电变换为交流电。

光伏逆变器是太阳能光伏发电系统的心脏，其将光伏发电系统产生的直流电通过电力电子变换技术转换为生活所需的交流电，是光伏电站最重要的核心部件之一。

逆变器一般由升压电路和逆变桥式电路构成。升压电路把光伏电池的直流电压升压到逆变器输出控制所需的直流电压；逆变桥式电路则把升压后的直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。

逆变器的原理是通过有规则地让开关元件（IGBT、MOSFET 等）高频率重复开-关（ON-OFF），使直流输入变成交流输出。

MPPT 技术是光伏逆变器的核心技术。MPPT 为上限功率点跟踪系统，是一种通过调节电气模块的工作状态，使光伏电池能够输出更多电能的电气系统。

MPPT 控制通过实时检测环境和温度、光照强度等条件下的发电电压，追踪最高电压电流，调节 DC/DC转换电路的等效电阻，使得光伏电池实现上限功率输出，提高充电效率。因此，MPPT 是决定光伏电池发电量的关键部件。

逆变器在光伏产业链中居于下游位置。光伏产业链可分为硅料、硅片、光伏电池片、光伏组件、光伏系统五个环节。

上游包括原料高纯度多晶硅材料的生产，单晶硅和多晶硅的制造，硅片的生产。中游包括光伏电池，光伏组件（玻璃，支架等）等环节。

下游是光伏发电的应用端，逆变器行业与下业的发展紧密关联，光伏逆变器可以将光伏太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电，可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用，下业对逆变器行业的发展具有较大的牵引和驱动作用。

逆变器成本在光伏系统中占比 3%-5%左右。据中国光伏行业协会统计，2021 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 0.17 元/W 。

大型地面光伏系统和工商业屋顶分布式系统的初始投资所需成本分别为 4.15 元/W 和 3.72 元/W，测算得组串式逆变器、集中式逆变器初始投资所需成本在光伏系统中占比分别为 5%、3%。

光伏逆变器不仅仅只有直交流变换功能，还有主动运转和停机功能、上限功率追踪 MPPT 功能、孤岛效应的检测及控制功能、电网检测及并网功能、零（低）电压穿越功能。

主动运转和停机功能：早晨日出后，太阳辐射强度逐步加强，太阳能电池的输出也随之增大，当达到逆变器任务所需的输出功率后，逆变器即主动开始运转。

进入运转后，逆变器便每时每刻看管太阳能电池组件的输出，只需太阳能电池组件的输出功率大于逆变器任务所需的输出功率，逆变器就继续运转；

直到日落停机，即便阴雨天逆变器也能运转。当太阳能电池组件输出变小，逆变器输出接近 0 时，逆变器便构成待机状态。

最大功率追踪 MPPT 功能：当日照强度和环境和温度变化时，光伏组件输入功率呈现非线性变化，光伏组件既不是恒压源，也不是恒流源，它的功率随着输出电压改变而改变，和负载没有关系。

它的输出电流随着电压升高一开始是一条水平线，到达一定功率时，随着电压升高而降低，当到达组件开路电压时，电流下降到零。

孤岛效应的检测及控制功能：在正常发电时，光伏并网发电系统连接在电网上，向电网输送有效功率，但是，当电网失电时，光伏并网发电系统可能还在持续工作，并和本地负载处于独立运行状态，此现状被称为孤岛效应。

逆变器出现孤岛效应时，会对人身安全，电网运行，逆变器本身造成极大的安全风险隐患，因此逆变器入网标准规定，光伏并网逆变器必须有孤岛效应的检测及控制功能。

电网检测及并网功能：并网逆变器在并网发电之前，需要从电网上取电，检测电网送电的电压、频率、相序等等参数，然后调整自身发电的参数，与电网参数同步一致，完成之后才会并网发电。

零（低）电压穿越功能：当电力系统事故或扰动，引起光伏发电站并网点电压出现电压暂降，在一定的电压跌落范围内和时间间隔内，光伏发电站能确保不脱网连续运行。

按照光伏逆变器的技术路线，可以将光伏逆变器分为大型集中式光伏逆变器、组串式光伏逆变器、集散式光伏逆变器、微型逆变器。

大型集中式光伏逆变器：先汇流，再变换，适合大型地面电站。大型集中式光伏逆变器是将光伏组件产生的直流电汇总成较大直流功率后再转变为交流电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，一般都会采用 500KW 以上的集中式逆变器。特别是近年来，随着电力电子技术的加快速度进行发展，大型集中式光伏逆变器的功率越来越大。

大型集中式光伏逆变器具有输出功率大、运维简单、技术成熟以及电能质量高、成本低等优点，通常适用于大型地面光伏电站、农光互补光伏电站、水面光伏电站等。

由于其单体输出功率大、电压等级高，随技术进步近年来开始与下游的变压器集成，形成“逆变升压”一体化的解决方案，以及与储能结合的光储一体化解决方案。

组串式光伏逆变器: 分组变流后再汇流，适合分布式发电。组串式光伏逆变器是将较小单元光伏组件产生的直流电直接转变为交流电的一种电力电子装置。

因此，组串式光伏逆变器的功率都比较小，一般功率在 50kW 以下的光伏逆变器称为组串式光伏逆变器。

但是近年来，随技术进步和降本增效的考虑，组串式光伏逆变器的功率也开始慢慢地增加，出现了 60KW、70KW、100KW、136KW、175KW 以上等大功率的组串式光伏逆变器.。

组串式光伏逆变器由于单台功率小，在同等发电规模情况下增加了逆变器的数量，因此单台逆变器与光伏组件最佳工作点的匹配性较好，在特殊的环境下能够增加发电量。

组串式光伏逆变器主要运用于规模较小的电站，如户用分布式发电、中小型工商业屋顶电站等，但是近年来也应用于一些大型地面电站。

集散式光伏逆变器：分散 MPPT 跟踪、集中逆变。集散式逆变技术是近年来公司研发并推出的一种逆变方案，其结合了大型集中式光伏逆变器的“集中逆变”优势和组串式光伏逆变器的“分散 MPPT 跟踪”优势，达到“集中式逆变器低成本高可靠性，组串式逆变器的高发电量”。

由于集散式光伏逆变器继承了大型集中式光伏逆器的优势，近年来大型集中式光伏逆变器的高功率、高电压等级、“逆变升压”一体化、“光储”一体化等技术。

逐步应用到集散式光伏逆变技术中，在提高发电效率的同时能够大幅度降低成本，成为了我国光伏“领跑者”先进的技术示范基地中的一种重要技术路线。

微型逆变器：单个组件跟踪变换，适合户用光伏系统。微型逆变器是对每块光伏组件进行单独的上限功率峰值跟踪，再经过逆变以后并入交流电网。

微型逆变器的单体容量一般在 1kW 以下。其优点是可以对每块组件进行独立的上限功率跟踪控制,在碰到部分遮阴或者组件性能差异的情况提升整体效率。

微型逆变器仅有几十伏的直流电压，全部并联，最大限度降低了安全风险隐患，其价格高昂，发生故障后较难维护，一般仅适用于小型分布式发电系统。

我们认为，行业壁垒体现在：技术壁垒，长期积累的 know-how 对于提升产品效率至关重要。虽然逆变器的拓扑结构是公开的，功能容易实现，但其效率、稳定性、与其他部件的集成度等都需要深度的积累才能实现；

逆变器端些微的效率差异，放到总系统中影响很大，因此技术水平是公司的核心竞争力供应链壁垒，核心零部件 IGBT 供应商集中度高、议价能力强。

因此具备领先的行业地位、采购规模大的制造商能够进入供应商的一级名单，获得优先的供应。在当前 IGBT 供应紧张的情况下，稳定的供应链成为重要壁垒。

成本优势，逆变器行业轻资产的属性，决定了其扩产容易，因此就需要更低的成本叠加技术优势维护公司的竞争力。低成本主要是依靠优化电路、减少 IC、IGBT 等模块的用量；提高渠道效率，降低销售成本等。

电力电子行业属于技术密集型产业，涉及电力、电子、控制理论等学科，研发人才需具备电力系统设计、电力电子技术、机械结构设计、微电脑技术、通讯技术、控制技术、软件编程等专业知识，和产品应用场景知识。

产品从设计、研制到持续创新性改进都需要大量的研发人员共同努力才能完成。研发人员的技术水平和知识的深度和广度都会直接影响到产品的质量和水平，长期技术积累才能够有效提高产品的稳定性可靠性。

技术积累反映在产品的布局和迭代方面，有突出贡献的公司引领行业技术变革。有突出贡献的公司华为和阳光电源产品生态更丰富，功率范围更大。

阳光电源产品系列包括户用、组串式和集中式三大类，华为、锦浪均为组串式，固德威包括组串式和 2 款低功率集中式，上能电气主要覆盖大功率组串式、集中式和集散式。

户用逆变器中，华为和阳光的产品覆盖度甚至领先于专攻组串市场的锦浪和固德威，集中式逆变器阳光的产品功率范围领先行业。

2021 年 3 月，阳光电源发布了全球功率最大组串逆变器 SG320HX，最大输出功率为 320kW，再度刷新了 1500V 组串逆变器功率等级。

电力电子行业具有独特的生命周期特征，产品迭代快，因此对供应商的要求比较高。不仅要求供应商能按时提供优质原材料，还要求供应商能应对行业的快速变化，保证本行业的产品优化和升级。

逆变器产品的核心差异在于拓扑结构、功能性和防护能力，要想实现进一步降本，重点是要将功率器件性能挖掘到极致；向零部件厂商提需求，进行面向光伏的定制化开发。

逆变器所用电子器件大多是通用器件，想要对厂商提出定制化需求，公司需要具备技术领先性和高出货量，进而形成供应链壁垒。稳定的供应链可以保障原料供应。

逆变器的元件中包含功率器件和芯片，主要供应商是国外企业，国内产品的性能指标还有差距。

随着 5G 通信、新能源汽车、新能源发电等行业的加快速度进行发展，供应链能力较强的企业能向原厂或者大代理商下订单，且供应的确定性比较高，但中小客户受制于规模资金有限一般只可以通过代理商备货，进而产生原料价格、供应量、响应速度的差异。

单位产能资本开支相比来说较低，产能扩张容易。从资本开支看，逆变器行业相对于光伏产业链的其他环节单位产能投资更小，单 GW 投资额 0.25 亿元，远低于别的环节。产线扩产相对容易。因此，公司一定要通过低成本优势维护自己的竞争力。

从公司的角度，优秀的成本控制能力是保障盈利水平的关键。优秀的成本控制能力可以保障较高的毛利水平，保障盈利能力，在全产业链降本的进程中增厚利润空间。

逆变器的降本路径主要有两条：内生降本。持续研发改进电路拓扑结构，使用更少的元器件实现更高的效率。阳光电源的光伏逆变器单瓦成本已经从 2012 年的 0.46 元/W 降低至 2020 年的 0.14 元/W。

这一方面需要公司具备拥有持续的技术积累，另一方面需要上游供应商协同配合，定制化研发光伏专用功率器件。摊薄成本。做大单个产品功率摊薄单位成本，因此就需要公司具备拥有领先行业的技术水平。

从客户的角度，技术、品牌和服务是选择逆变器的关键考虑因素。业主更关注逆变器产品的技术、品牌和服务。对于下游客户而言，核心关注长久稳定的获得收益并具有较高的投资回报率。

从收入的角度，电价一定时，光伏电站的收入与发电量成正比，因此，需要光伏逆变器具有较高的效率。

从回报率的角度，银行贷款比例越高，内生回报率越高，因此，电站使用可融资性较高（银行认可度高、愿意贷款）的企业的产品，能大大的提升银行贷款比例。

从稳定收益的角度，需要逆变器拥有非常良好的产品性能、供应商具有售后维修的快速响应能力。

组串式逆变器市场占有率占比接近 70%，成为市场主流。根据 CPIA 统计，2021 年，光伏逆变器市场仍然以集中式逆变器和组串式逆变器为主，集散式逆变器占比较小。

其中，组串式逆变器依然占据主要地位，占比为 69.6%，集中式逆变器占比为 27.7%，集散式逆变器的市场占有率约为 2.7%，同比下降 2.3 个百分点。

随着分布式光伏的逐步扩大和分布式与集中式价差的进一步缩小，组串式逆变器将继续占据主要地位。

组串式份额提升的原因 1：组串式逆变器在产品性能方面具有优势。组串式跟踪路数大，适合复杂地形。组串式逆变器 MPPT 工作电压范围宽，可在低电压下启动，延长日间发电时间，从而提升发电量；

多路 MPPT 的设计使得逆变器每路 MPPT 连接的组串数量减少，如果某一组件出现故障，对同一 MPPT 下另一组串影响较小，对其余 MPPT 下的组串几乎不产生影响；

此外组串式逆变器体积小、重量轻，可室外安装、便于维护；因此组串式逆变器适用于山地、屋顶等光伏组件朝向不同或光照资源一般的地区。

组串式份额提升的原因 2：组串式和集中式逆变器的成本差距缩小。根据 CPIA统计，集中式逆变器价格从 2014 年的 0.28 元/W 降至 2021 年的 0.11 元/W 左右，组串式逆变器价格降幅较大，从 2014 年的 0.54 元/W 降至 0.17 元/W。

二者之间的价差从 2014 年的 0.26 元/W 缩小到 2021 年的 0.07 元/W。随着组串式逆变器渗透率的快速提升，各个逆变器厂商也在加大研发技术力度，预计组串式逆变器成本下降速度会更快，组串式与集中式逆变器之间的价差进一步缩小。

考虑到组串式逆变器的低安装维修成本以及多路 MPPT 带来的发电增益，组串式逆变器性价比逐步凸显。

组串式份额提升的原因 3：全球分布式光伏装机占比提升和我国整县推进分布式光伏建设，提升组串式逆变器市场占比。

全球集中式光伏装机规模占比在 2016 年达到 74%的顶点后，随后开始下滑，分布式装机规模占比上升。我国建筑面积规模庞大且持续增长，为分布式发展提供了广阔空间。

21 年上半年，国内新增光伏装机规模 14.1GW ，其中分布式光伏新增装机同比增长 97.5%，占总装机量比例达到 62.03%；户用装机 5.86GW ，同比增长 187% 。

6 月 20 日，国家能源局下发《关于报送整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》，提出为快速推进屋顶分布式光伏发展，国家能源局拟在全国组织开展整县（市、区）推进屋顶分布式光伏开发试点工作。

9 月 8 日，国家能源局公布了全国 676 个整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点名单。未来随全球分布式光伏装机占比提升和我国整县推进分布式光伏建设将提升组串式逆变器市场占比。

中国企业全球份额过半，华为和阳光电源稳居前二。2015 年起，华为和阳光电源出货量稳居全球前二。

海外逆变器市场毛利率高于国内，吸引中国企业出海布局。海外光伏行业发展较早，较为成熟，对产品可靠性、品质有要求，行业进入门槛也较高，重视企业品牌，所以毛利率高。

国内对价格较为敏感，且国内厂商竞争非常激烈，国内毛利率低。从行业总的来看，海外毛利率比国内高 10%以上。

国内逆变器厂商均加速布局海外市场，海外收入占比逐年提高。以阳光和固德威为例，阳光电源海外收入占比从 2019 年的 25.16%上升到 2022 年上半年的 53.0%，固德威海外收入占比分别由 2017 年的 23.9% 提升至 2021 年的 64.12% 。

中国企业全球份额提升的原因 1：国内逆变器单瓦售价低于国外，具有价格优势。

从 2021 年国内外企业逆变器单价对比来看，国内企业阳光、固德威、古瑞瓦特单瓦售价约 0.1-0.2 元/W，而海外 SMA 售价 0.55 元/W。

扎根美国市场的Solaredge、Enphase 售价分别为 2.16 元/W、2.98 元 /W，远高于国内企业售价。国内企业产品价廉质优，通过价格策略迅速抢占全球市场份额。

价格优势来源于国内企业的低成本。国产原材料成本低、人力成本低。逆变器更新换代速度较快，通过电路设计的优化，能轻松实现不同代际产品之间成本的下降，因而对厂商的研发能力与研发投入有着较高的要求。

而国内外社会持续健康发展阶段不同，人力成本有明显差异，国内研发人员的薪资水平整体低于欧美企业。

此外中国作为全球唯一拥有全部工业门类的国家，各类原材料生产有着非常明显的成本优势，直接材料在逆变器成本中占比 85%以上。

所以从成本端看，国内逆变企业一方面依靠国内供应链实现更低的生产所带来的成本，另一方面能借助人力成本低实现低研发支出、高研发效率，在与海外企业的比拼中成本优势明显

中国企业全球份额提升的原因 2：中国企业的产品性能范围广，服务响应速度快，性价比凸显。国内企业的逆变器产品功率范围更广，产品品类更多。

中国掌握了光伏产业链 70%以上的产量，根据 PVInfoLink 的统计，2021 年全球前五大组件厂商全部为国内企业。

基于国内强大的产业链优势，国内逆变器厂商可以更快地识别光伏组件的技术变化趋势，进行产品迭代升级。

国内逆变器厂商凭借更快的客户的真实需求响应，更短的产品研制周期，更完善的全球销售网络布局，提供更为及时、有效的售后服务，逐步抢占海外品牌的市场。以锦浪科技为例，2022 年半年报披露销售费用中“境外服务费”占比高达 33%。

全球逆变器市场中国企业份额逐渐提升，理想情况份额有望超过 8 成。根据 Wood Mackenzie 的统计，以2019年全球各市场的市场占有率为基础，计算了中国企业可替代的全球空间。

考虑到本土企业在本土市场有政策保护、税收优惠、渠道优势、对市场的熟悉程度等，认为本土企业的份额难以被替代。

据 wood mackenzie 统计，海外逆变器的市场空间为 88GW，我们测算中国企业可替代的空间有 34.6GW。目前中国逆变器企业全球市场占有率接近 60%，根据测算，中国企业全球份额极限接近 85%，仍然有巨大的空间。

光伏发电系统降本依然是大势所趋，更大功率的组件能够更好的降低单瓦成本，为了适配组件大型化的趋势，光伏逆变器的功率、电流进一步提升。

为提高组件功率，降低单瓦成本，组件向大尺寸发展。硅片尺寸已达到 166mm（M6）、 210mm（G12）等。

2019 年来，基于大尺寸硅片的高功率组件成为光伏行业的主要流行趋势，各个组件厂家纷纷推出 182mm、210mm 组件。

硅片尺寸越大，组件电流的越高。166 硅片尺寸的组件，电流约 11-12A，但当硅片尺寸增加至 182 时，组件工作电流单面接近 13A，叠加双面，超过 15A，如果是 600W+的大组件，电流接近 18A，210mm 时，组件电流提升至 18A 左右。

为适配大电流组件，逆变器电流需支持到 20A/串，同时具备组件级关断能力。过去数年，组件电流普遍维持在 10-13A 左右。

考虑到双面系数、辐照增强等因素，目前市场上主流逆变器电流为 15A/串。针对大电流组件，逆变器电流需支持到 20A/串，如仍沿用 15A/串的逆变器，将导致严重的直流限发。

随着组件电流、逆变器组串数量的增多，逆变器出现故障起火的风险也会增加，因此，大电流逆变器同时需要具备组件级关断能力。

在全球气候变暖及化石能源日益枯竭的大背景下，可再次生产的能源开发利用日益受到国际社会的重视，全力发展可再次生产的能源已变成全球各国的共识。为实现“碳达峰”、“碳中和”目标，发展可再生能源势在必行。

光伏逆变器的使用寿命受限于其中的电力电子元器件，一般在 10 年左右，因此，在光伏发电设备的寿命周期内，需要更换一次逆变器。2010 年左右欧洲地区安装的光伏逆变器，将在近年迎来替换期。

2013 年以后，亚太、北美地区装机进入高峰阶段。根据光伏逆变器的一般寿命推算，存量市场的替换需求即将到来。IHS Markit预计 2020 年全球光伏逆变器替换需求增长 40%，达到 8.7GW。

随光伏、风电等大规模可再次生产的能源发电接入电网，电化学储能迎来高速发展。电化学储能具备灵活性高、响应速度快、环境资源约束小、与新能源协同效应高的优势，在新型电力系统中应用前景广阔。

截至 2020 年底，电化学储能累计装机规模为 3269.2MW，同比增长 91.2%。受政策推动，新能源电站配置储能成为强制需求，电网侧独立储能和共享储能电站商业模式有望打通，储能进入发展快车道。

储能业务高毛利的特点吸引相关公司向储能行业进军。以固德威为例，22H1公司逆变器出货量合计 23.37 万台，并网/储能逆变器出货量分别为 16.50/6.87 万台。

公司2012年起便着手储能逆变器研发，产品布局日趋完善且市占率位居行业前列，同时公司逐步向户用储能集成系统发展。

储能业务的毛利率高于传统主营业务，且受益于储能行业的发展，储能业务的营收占比、海外占比均在增加。

全球新增光伏装机需求。在多国“碳中和”目标、清洁能源转型及绿色复苏的推动下，根据 CPIA 预测，全球光伏新增装机有望从 2021 年的 170GW 增长至 2025 年的 330GW。

储能爆发带来的储能逆变器装机需求。由于风光快速发展，储能配套需求加速。其中，储能使用的逆变器与光伏并网逆变器技术相似，储能逆变器为相关逆变器公司带来增量业务。

光伏逆变器更换需求。逆变器常规使用的寿命受电力电子器件约束，一般使用寿命在十年左右便需更换。作为光伏发电的核心部件，逆变器的性能与质量对于发电质量至关重要。

一般来说，传统组串式光伏逆变器常规使用的寿命在十年左右，大型地面电站的寿命在 20 年左右，这在某种程度上预示着逆变器需要在电站寿命一半时进行更换。

根据我们的测算，2021 年全球逆变器市场空间为 543 亿，2025 年为 1367 亿。到 2025 年，光伏新增装机 330GW，存量替换 49GW，储能装机 80GW。

分别对应集中式逆变器 178GW、组串式逆变器 174GW、微型逆变器 28GW、储能逆变器 80GW，市场空间达 1367 亿元。