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風(fēng)口中的“風(fēng)口”:光伏逆變器現(xiàn)狀調(diào)查

中國電力網(wǎng)發(fā)布時間:2022-08-14 00:36:13

8月7日,立秋。我國西南邊陲小城曲靖,正迎來一年中日照最長的時段?!?月份的曲靖早上六點(diǎn)半左右日出,到晚上七點(diǎn)四十分左右日落,全天日照時長能達(dá)到13個小時,峰值日照時數(shù)有4.5個小時,立秋時節(jié)正是裝光伏電站的好時候?!标惲赵陔娫捴懈嬖V記者。

這位“85后”的重慶女孩是江蘇一家分布式光伏企業(yè)的銷售工程師,夏秋之交的八九月份,通常是她一年中最忙的時候。而眼下,陳琳正在跟進(jìn)自己今年最大的一個光伏電站項目的交付,就在數(shù)日以前,她隨著公司的幾輛重型卡車從位于常州的廠區(qū)出發(fā),載著成套的光伏組件,翻山越嶺來到了云南曲靖?!斑@是一個468kW的工商業(yè)電站,這個項目從安裝到并網(wǎng)都由我們公司來做,綜合估算下來,這個電站首年總發(fā)電量能達(dá)到63萬度,實現(xiàn)二氧化碳減排650噸?!标惲盏恼Z氣中帶著一絲驕傲。

不過,就在8月7日當(dāng)天,陳琳同客戶在現(xiàn)場一起驗收清點(diǎn)貨物的過程中,還是出現(xiàn)了一些小波折?!澳孀兤鳑]有跟著其他組件一起送到,缺了逆變器的話,項目施工(就)需要暫緩一下?!碧岬侥孀兤鳎惲兆兊糜行┙箲]。

陳琳所在的公司屬于光伏行業(yè)中的集成廠商,主要做一站式光伏解決方案,業(yè)務(wù)涵蓋項目前期咨詢、系統(tǒng)設(shè)計及運(yùn)維監(jiān)控。

但這家公司本身并不具備生產(chǎn)包括從太陽能板、配電箱、光伏支架和電纜在內(nèi)的光伏組件的能力,而陳琳口中那個暫時還沒有運(yùn)到的逆變器,就屬于整個光伏電站當(dāng)中的“心臟”。

風(fēng)口中的“風(fēng)口”

全球的光伏產(chǎn)業(yè)正處于“風(fēng)口”,呈現(xiàn)出的是“井噴式”的發(fā)展。

7月29日,國家能源局公布了2022年上半年光伏發(fā)電建設(shè)運(yùn)行情況,其中,上半年光伏新增裝機(jī)30.88GW,集中式光伏電站11.22GW,分布式光伏19.65GW。戶用分布式光伏新增裝機(jī)8.91GW,同比增長51.5%。

據(jù)浦銀安盛光伏ETF基金經(jīng)理高鋼杰近日預(yù)測稱,十四五期間,我國光伏年均新增光伏裝機(jī)或?qū)⒊^75GW。

而在海外市場方面,今年五月,歐盟發(fā)布了一項名為REPowerEU的計劃草案,其中提出:“到2025年,所有新建筑以及能耗等級D或以上的現(xiàn)有建筑,都應(yīng)安裝屋頂光伏設(shè)備”?!敖衲瓯l(fā)的俄烏沖突,讓歐洲對自己的能源安全變得更加重視,所以今年歐洲市場的銷量十分不錯。”廣東欣頓電源有限公司銷售經(jīng)理唐濤向記者表示。

記者查詢歐洲統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),今年一季度,國內(nèi)出口到歐洲的光伏組件規(guī)模為16.7GW,同比暴增145%。

在記者走訪光伏企業(yè)的過程中,有多家企業(yè)的市場經(jīng)理向記者透露,其所在公司當(dāng)前均已戰(zhàn)略性放棄國內(nèi)市場,正全力挖掘跟進(jìn)海外市場需求。“我們現(xiàn)在主要做海外市場,國內(nèi)的就不用來咨詢了?!鄙钲诿朗罉沸履茉纯萍加邢薰镜囊幻N售經(jīng)理如此表示。

在唐濤看來,今年歐洲市場的銷量增長,有部分原因在于當(dāng)?shù)夭捎玫氖袌龌妰r結(jié)算模式。他認(rèn)為,在能源供應(yīng)緊張的情況下,飆漲的電價開始讓很多歐洲家庭考慮光伏發(fā)電的可行性?!案鷩鴥?nèi)的大城市不一樣,歐洲的居民戶型,本身就很合適做屋頂發(fā)電。”唐濤說。

中信證券在近期發(fā)布的相關(guān)研究報告中稱,歐洲加快光伏項目建設(shè)進(jìn)度,海外裝機(jī)量將保持較高速增長,2022年全球光伏裝機(jī)有望超230GW。

而在全球光伏市場正處于大風(fēng)口之時,扮演著光伏電站“心臟”角色的逆變器,也迎來了屬于自己的高光時刻。

根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院年初的統(tǒng)計數(shù)據(jù),全球光伏逆變器出貨量從2017年的98.5GW快速攀升至2020年的185.1GW,年 復(fù) 合 增 長 率 高 達(dá)22.51%。“別看逆變器在整套系統(tǒng)中所占的成本不高,一般也就5%,但是沒有逆變器的光伏電站就等于(只是)立了幾塊空板子。”陳琳告訴記者。

“光伏發(fā)電主要是利用了中學(xué)就學(xué)過的‘光電效應(yīng)’,即當(dāng)太陽光中的光子照射到光伏板上時,硅晶中的電子由于吸收了能量產(chǎn)生移動,從而形成了直流電。”嘉興一家小型光伏企業(yè)的技術(shù)工程師郝哲向記者解釋,對于用電側(cè)來說,太陽能板產(chǎn)生的直流電是沒辦法直接用的,逆變器的作用就是將直流電轉(zhuǎn)換為工頻交流電,即我們常說的市電。

郝哲表示,逆變器作為銜接光伏組件與電網(wǎng)的重要設(shè)備,除了承擔(dān)直交流電轉(zhuǎn)換的作用外,其還能通過MPPT技術(shù)(最大功率點(diǎn)跟蹤)讓光伏板保持以最大功率進(jìn)行工作?!俺讼瘛呐K’,還像是光伏電站的‘大腦’?!焙抡苷f。

眼下,伴隨著愈吹愈猛烈的光伏之風(fēng),下游的逆變器廠商也掙得“盆滿缽滿”。“單子接到忙不過來,像撿錢一樣,我自己上半年就做了上千萬的業(yè)績?!眹鴥?nèi)一家頭部逆變器企業(yè)的銷售經(jīng)理王方在電話中告訴記者。

王方表示,其所在公司在今年上半年的銷售額已經(jīng)突破了30億元,且多是主動上門來咨詢合作的客戶?,F(xiàn)在的他,相比起入行之初已經(jīng)“懶”了許多,除了個別大客戶外,其已經(jīng)很少主動出門去進(jìn)行拓客拜訪?!拔覀儸F(xiàn)在的重點(diǎn)是怎么做好需求對接,而不是開拓市場?!蓖醴秸f。

“三兄弟”勢力消長

“現(xiàn)在的逆變器市場是集中式、組串式和微型‘三兄弟’的天下?!币孜牧几嬖V記者。

易文良是蘇州一家光伏集成商在華南區(qū)域的負(fù)責(zé)人,2022年上半年,他們在全國各地做了20多個工商業(yè)及戶用電站項目,在逆變器的選型上,他頗有心得。

目前光伏電站大體上可分為大型地面電站、工商業(yè)和戶用電站,而針對這三類主要的場景,逆變器也可以分為集中式、組串式和微型三大類,區(qū)分方式主要在于接入光伏組串的數(shù)量與最大支持功率。

“你可以把它們簡單地理解成排插,集中式逆變器的插孔最多,能接的光伏組件最多,而微型逆變器就一個插孔,只能接一個光伏組件?!币孜牧颊f。

記者了解到,在常見的光伏發(fā)電場景中,集中式逆變器主要被用于總功率在1兆瓦以上的大型光伏電站,而組串式逆變器則常被用于中小型的分布式光伏項目中。

“我們在規(guī)劃整體解決方案的時候,會根據(jù)會根據(jù)項目方的需求,從安全性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性三個角度出發(fā)進(jìn)行逆變器選型,并不拘泥于各類產(chǎn)品理論上的適用場景?!币孜牧枷蛴浾邚?qiáng)調(diào)。

易文良用近期國內(nèi)一個超大型電站的項目作為案例,向記者說明了逆變器的選配邏輯。在他向記者展示的照片中,記者看到了鱗次櫛比的光伏板在大地上匯成了一片藍(lán)色的海洋?!斑@個電站的裝機(jī)規(guī)模達(dá)到了1吉瓦,光伏板就用了200多萬塊。”易文良說。他表示,對于這樣的超大型電站,理論上應(yīng)該選用大型集中式逆變器。“這個電站的建設(shè)地點(diǎn)位于四川甘孜,高原地區(qū),地形條件復(fù)雜,占地面積較大的集中式逆變器部署困難,且可靠性較差。所以,此項目最后選用了5000多臺組串式逆變器,通過接入云端,以智能運(yùn)維的方式來保障發(fā)電。”易文良進(jìn)一步解釋。

記者了解到,諸如此類棄用“笨重”的集中式逆變器,轉(zhuǎn)而擁抱“靈活”的組串式逆變器的案例,是近年來逆變器行業(yè)發(fā)展趨勢的縮影,在當(dāng)前的市場中,各家主流逆變器廠商的產(chǎn)品基本都屬于組串式逆變器。

根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù),在國內(nèi)市場上,自2018年起,組串式逆變器的占比就超過了50%,到了2021年已接近70%,而集中式逆變器的市場占比則縮水至不足30%。

除了集中式、組串式兩類已較為成熟的逆變器產(chǎn)品外,行業(yè)內(nèi)各家廠商也正積極探索下一代“逆變器”的發(fā)展方向,而微型逆變器就是其中的代表之一。

“微型逆變器主要是針對傳統(tǒng)逆變器在效率、安全、運(yùn)維三個方面存在的痛點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化開發(fā)。”杭州禾邁股份有限公司的高級產(chǎn)品經(jīng)理張新耀說,“關(guān)于安全層面,在傳統(tǒng)的組串逆變器架構(gòu)中,將電壓在四五十伏左右單個光伏組件串聯(lián)起來后,整個系統(tǒng)中就存在300v-1500v左右的高壓?!?/p>

“在直流高壓系統(tǒng)中,若線路中出現(xiàn)了故障電弧,其一旦發(fā)生燃燒便很難熄滅。”張新耀說。

張新耀展示了禾邁實驗室針對“高壓直流拉弧”故障所做的實驗,記者看到,當(dāng)系統(tǒng)中的直流電壓達(dá)到兩百伏時,光伏組件的線路兩端產(chǎn)生了劇烈的“弧閃”(電弧閃光現(xiàn)象),且持續(xù)保持著燃燒狀態(tài)。

在他看來,雖然當(dāng)下許多光伏組件都有相關(guān)的防火認(rèn)證,但目前國內(nèi)的防火認(rèn)證的測試溫度通常在幾百度左右,而直流拉弧所產(chǎn)生的溫度卻能達(dá)到八九千度。

此外,當(dāng)屋頂光伏發(fā)生火災(zāi)時,由于現(xiàn)場依舊處在高電壓狀態(tài),也會給到達(dá)現(xiàn)場救援的消防人員帶來很大的安全隱患

“甚至有一些國外的消防員,在到達(dá)光伏電站的火災(zāi)現(xiàn)場之后,會等到大火完全熄滅之后再去進(jìn)行搶救。”張新耀說。

在這樣的背景下,通過單獨(dú)接入光伏組件,以并聯(lián)形式構(gòu)建光伏系統(tǒng)的微型逆變器,在安全方面就具備得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。

記者了解到,在使用微型逆變器的搭建方案中,其系統(tǒng)電壓為單組件電壓,而當(dāng)直流系統(tǒng)中的電壓在四五十伏左右時,線端產(chǎn)生的直流拉弧便輕微很多,從而在源頭上解決了屋頂光伏高電壓所帶來的安全隱患。

除了在安全方面具有優(yōu)勢,以單組件進(jìn)行接入的微型逆變器還可以避免組串式系統(tǒng)中存在的“木桶效應(yīng)”,發(fā)電效率通常比采用傳統(tǒng)逆變器的光伏電站高5%-22%,且運(yùn)維也更加便捷。

張新耀表示,相比傳統(tǒng)逆變器,微型逆變器可以監(jiān)控到單個組件的電壓、電流、功率等信息,通過布局圖可以實現(xiàn)故障的精準(zhǔn)定位,并快速解決問題。

不過,易文良告訴記者,包括逆變器領(lǐng)域的龍頭企業(yè)在內(nèi),當(dāng)下并沒有多少廠家急于切入微型逆變器賽道,包括他們自身也很少在項目中采用微型逆變器。

因為,在易文良看來,微型逆變器針對傳統(tǒng)逆變器的痛點(diǎn)所做的優(yōu)化,完全對不起其因此帶來的價格上升。

據(jù)記者了解,在今年,集中式逆變器在國內(nèi)的價格通常為0.15元/瓦左右,而主流的組串式逆變器價格則在0.2元/瓦左右,若以額定功率為125kW的組串式逆變器為例,其單臺采購價格在2.5萬元左右。

而相比之下,微型逆變器在國內(nèi)市場的售價則高達(dá)1.5元/瓦,在此背景下,同樣是125kW功率的逆變器,微型逆變器的單臺售價就需要18.75萬元,相比組串式逆變器直接翻了7倍多。

“對于直流高壓帶來的潛在安全風(fēng)險,傳統(tǒng)逆變器也采用了很多方式予以規(guī)避,像是加入防直流拉弧檢測模塊,而對于發(fā)電效率和便于運(yùn)維這兩點(diǎn),每個廠家就各有說法了,反正在我跟進(jìn)的項目上,現(xiàn)在還沒有采用過帶微型逆變器的解決方案?!币孜牧颊f。

儲能逆變器境外“吃香”

在今年5月,光伏“大市”濟(jì)南下屬的平陰縣印發(fā)的一份文件,曾引起市場較廣泛的關(guān)注。

這份文件要求平陰縣未來分布式光伏的建設(shè)應(yīng)就地消納,原則上各類光伏總計開發(fā)規(guī)模不應(yīng)超過其城區(qū)全年最大用電負(fù)荷60%,要避免向220千伏及以上電網(wǎng)反送電。

該文件還指出,平陰縣分布式光伏的開發(fā)要按照“光伏+儲能”方式推進(jìn),根據(jù)具體消納情況配建或租賃不低于15%、2小時的儲能設(shè)施。電網(wǎng)消納能力不足時,應(yīng)提高儲能配置比例及充放電時長,確保分布式光伏就地就近消納、滿足95%利用率要求。

這份文件的發(fā)布,引出了近年來分布式光伏發(fā)展面臨的一個“老大難”問題—光伏消納。

“光伏發(fā)電的一大先天缺陷就是不穩(wěn)定性,太陽的升起下落,天氣是多云還是晴天,這都是不可控的,所以這給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了很大挑戰(zhàn)?!焙抡苷f,“而光伏消納就是指如何充分地利用光伏發(fā)電量,既不產(chǎn)生浪費(fèi),也避免給電網(wǎng)帶來沖擊?!?/p>

在中科院廣州能源研究所副主任陳炯聰看來,高滲透率的分布式光伏將考驗配電網(wǎng)地承載能力,目前國內(nèi)配電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施水平尚難滿足源荷互動、電量平衡的需要。

因此,在電網(wǎng)建設(shè)尚需時日,但光伏建設(shè)卻在一直加速的大背景下,推進(jìn)“光伏+儲能”建設(shè),實現(xiàn)就地消納成為了破解當(dāng)下消納難題的可行措施,而國內(nèi)廠商針對這一場景專門研發(fā)的儲能逆變器也就開始走向臺前。

現(xiàn)在常見的戶用儲能系統(tǒng)包括儲能逆變器、光伏組件以及鋰電池儲能模塊,陳永告訴記者。

陳永在深圳一家專注儲能逆變器生產(chǎn)的企業(yè)擔(dān)任銷售經(jīng)理,據(jù)他介紹,今年上半年,其在公司非洲、東南亞以及歐洲市場獲得了不少訂單,但在國內(nèi)的進(jìn)展卻并不大。

“其實光儲一體很好理解,在逆變器底下接上蓄電池,以前光伏發(fā)電是上電網(wǎng),現(xiàn)在都是自發(fā)自用,用不完就充到電池里。”陳永說。

在他看來,之所以光儲一體在國內(nèi)進(jìn)展較慢,原因還是在于市場對成本的考慮。

陳永以一個裝機(jī)容量為5KW的戶用電站項目為例,跟記者算了一筆賬。他指出,在該戶用電站的建設(shè)中,主要的成本項包括光伏板、支架、并網(wǎng)箱、逆變器及人工。

陳永進(jìn)一步表示,單晶硅光伏板目前的價格為4元/瓦,裝機(jī)5KW就需要2萬元,配套相同功率的逆變器需要1萬元,余下的支架、并網(wǎng)箱及人工加總費(fèi)用大約1.4萬元,合計安裝費(fèi)用在4萬元-5萬元左右。

“按一天有效光照在4個小時來計算,這個5KW的電站一年的發(fā)電量能達(dá)到7000度以上,滿足一般三口之家的日常用電需求基本沒有問題?!标愑勒f。

但是,如果要給這個電站配套儲能電池,情況就發(fā)生了變化。

“你如果要做光儲一體,配電池最起碼要配一個能滿足自家一天用電需求的吧,現(xiàn)在家庭日均用電在15度左右,儲能電池對應(yīng)的價格卻在2000元1度電左右?!标愑勒f。

按照陳永的計算,仍以上述5KW戶用電站為例,若要配一塊容量在15度左右的儲能電池,用戶就需要多掏3萬元,且在5KW電站剛剛滿足該用戶日常用電的背景下,很難有余電供給電池充電。

所以,在實際落地項目的過程中,陳永通常建議客戶將電站并入電網(wǎng),若要做離網(wǎng)電站,也會優(yōu)先建議客戶直接采購普通逆變器,通過加裝防逆流裝置達(dá)到發(fā)電不上電網(wǎng)的效果。“光儲一體對于小型的戶用電站尚且不劃算,就更不用說規(guī)模再大一些的工商業(yè)電站了?!标愑缆燥@無奈。

在陳永眼中,光儲一體化的解決方案,當(dāng)下更合適那些缺電、少電以及電價高的地區(qū),對于國內(nèi)的家庭或是企業(yè)來說,落地一套光儲電站確實不如直接用市電來的劃算。

IGBT芯片難題

在當(dāng)前,眾多積極探索不同場景下的光伏解決方案,試圖幫行業(yè)解決煩惱的逆變器廠商,其實也有著自己的煩惱。

去年下半年,“芯荒”陡然席卷了逆變器行業(yè),諸如陽光電源、固德威等頭部企業(yè)均在去年的年報中明確了公司所面臨的半導(dǎo)體部件供應(yīng)風(fēng)險?!肮倦娏﹄娮釉O(shè)備中的半導(dǎo)體器件主要包括功率半導(dǎo)體器件和各類芯片,主要生產(chǎn)商為國外企業(yè),目前國內(nèi)生產(chǎn)商較少且性能指標(biāo)尚有差距。疊加全球疫情對生產(chǎn)商產(chǎn)能的影響,半導(dǎo)體器件存在一定的供應(yīng)不足和價格波動風(fēng)險?!标柟怆娫丛?021年年報中表示。

而固德威則在2021年報中指出,lGBT芯片的產(chǎn)能無法匹配需求,且IGBT元器件國內(nèi)生產(chǎn)商較少,與進(jìn)口部件相比,產(chǎn)品穩(wěn)定性、技術(shù)指標(biāo)存在一定差異,預(yù)計短期內(nèi)不能完全實現(xiàn)進(jìn)口替代。

據(jù)深圳一家逆變器企業(yè)的客戶經(jīng)理吳東向記者回憶,在去年11月左右,他們公司采用了配額銷售的方式,每月定額定量地向客戶供應(yīng)產(chǎn)品,這些排隊的生產(chǎn)訂單直到今年3月份才消化完畢。

“那段時間逆變器屬于‘有價無市’,很多客戶有錢也拿不到貨,只能干等?!眳菛|說。

這個讓逆變器行業(yè)集體“心慌”的芯片名為IGBT,中文全稱為絕緣柵雙極型晶體管,該芯片主要用于電力設(shè)備的電能變換和電路控制,是進(jìn)行電能處理的核心器件,實現(xiàn)直流電轉(zhuǎn)交流電的橋梁。

“如果說逆變器是光伏電站的心臟,那么lGBT芯片就是逆變器的心臟?!焙抡芟蛴浾呓忉?。

知名私募敦和資管曾在今年6月發(fā)文稱,當(dāng)前1GW光伏裝機(jī)量需要消耗大約4000片IGBT8寸片,其中,采用集中式逆變器消耗3800片,采用組串式逆變器需消耗4200片。

敦和資管認(rèn)為,以2021年以光伏170GW的裝機(jī)量為基礎(chǔ),2022年IGBT最多可以支撐240GW的裝機(jī)量,若2022年光伏裝機(jī)規(guī)模超過250GW,IGBT很可能成為光伏裝機(jī)的一個瓶頸。

而就當(dāng)下逆變器行業(yè)IGBT缺芯現(xiàn)象,記者曾向多個頭部廠商表達(dá)了采訪意向,但均被以“問題較為敏感”的理由婉拒。

不過,就記者在市場一線走訪的情況來看,相比去年底,光伏逆變器行業(yè)的缺芯現(xiàn)象現(xiàn)已基本得到了緩解,除個別大功率逆變器的生產(chǎn)受IGBT產(chǎn)能影響仍需排隊外,其他產(chǎn)品基本都能保證穩(wěn)定供貨。

浙江一家小型逆變器企業(yè)的副總經(jīng)理李賀向記者表示,目前其公司產(chǎn)品所用lGBT芯片主要采購自英飛凌、富士、三菱等國外企業(yè),而關(guān)于國內(nèi)廠商所生產(chǎn)的lGBT芯片,他所在的公司在今年3月方才有所了解。

郝哲告訴記者,lGBT芯片生產(chǎn)的技術(shù)壁壘較高,目前,國產(chǎn)IGBT芯片只能滿足35kW以內(nèi)的光伏應(yīng)用場景,且在性能指標(biāo)上仍與海外廠商的產(chǎn)品存在一定差距。

記者曾與陽光電源的一位區(qū)域經(jīng)理就lGBT芯片自產(chǎn)的話題展開交流,該經(jīng)理表示,公司目前并沒有自研自產(chǎn)lGBT芯片的規(guī)劃?!耙切酒敲春迷?,華為不早就造出來了?!彼f。

中國光伏行業(yè)協(xié)會名譽(yù)理事長王勃華在7月份的一場研討會上表示,光伏lGBT芯片在今年二季度的國產(chǎn)化率僅為4%至5%,據(jù)其預(yù)計,到今年年底,lGBT芯片的國產(chǎn)化率或能升至10%。(應(yīng)受訪者要求,王方為化名)


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