风口中的“风口”:光伏逆变器现状调查

郑晨烨 来源:经济观察报 记者 郑晨烨 编辑:jianping 光伏逆变器
8月7日,立秋。我国西南边陲小城曲靖,正迎来一年中日照最长的时段。“8月份的曲靖早上六点半左右日出,到晚上七点四十分左右日落,全天日照时长能达到13个小时,峰值日照时数有4.5个小时,立秋时节正是装光伏电站的好时候。”陈琳在电话中告诉记者。 这位“85后”的重庆女孩是江苏一家分布式光伏企业的销售工程师,夏秋之交的八九月份,
8月7日,立秋。我国西南边陲小城曲靖,正迎来一年中日照最长的时段。“8月份的曲靖早上六点半左右日出,到晚上七点四十分左右日落,全天日照时长能达到13个小时,峰值日照时数有4.5个小时,立秋时节正是装光伏电站的好时候。”陈琳在电话中告诉记者。

这位“85后”的重庆女孩是江苏一家分布式光伏企业的销售工程师,夏秋之交的八九月份,通常是她一年中最忙的时候。而眼下,陈琳正在跟进自己今年最大的一个光伏电站项目的交付,就在数日以前,她随着公司的几辆重型卡车从位于常州的厂区出发,载着成套的光伏组件,翻山越岭来到了云南曲靖。“这是一个468kW的工商业电站,这个项目从安装到并网都由我们公司来做,综合估算下来,这个电站首年总发电量能达到63万度,实现二氧化碳减排650吨。”陈琳的语气中带着一丝骄傲。

不过,就在8月7日当天,陈琳同客户在现场一起验收清点货物的过程中,还是出现了一些小波折。“逆变器没有跟着其他组件一起送到,缺了逆变器的话,项目施工(就)需要暂缓一下。”提到逆变器,陈琳变得有些焦虑。

陈琳所在的公司属于光伏行业中的集成厂商,主要做一站式光伏解决方案,业务涵盖项目前期咨询、系统设计及运维监控。

但这家公司本身并不具备生产包括从太阳能板、配电箱、光伏支架和电缆在内的光伏组件的能力,而陈琳口中那个暂时还没有运到的逆变器,就属于整个光伏电站当中的“心脏”。


风口中的“风口”

全球的光伏产业正处于“风口”,呈现出的是“井喷式”的发展。

7月29日,国家能源局公布了2022年上半年光伏发电建设运行情况,其中,上半年光伏新增装机30.88GW,集中式光伏电站11.22GW,分布式光伏19.65GW。户用分布式光伏新增装机8.91GW,同比增长51.5%。

据浦银安盛光伏ETF基金经理高钢杰近日预测称,十四五期间,我国光伏年均新增光伏装机或将超过75GW。

而在海外市场方面,今年五月,欧盟发布了一项名为REPowerEU的计划草案,其中提出:“到2025年,所有新建筑以及能耗等级D或以上的现有建筑,都应安装屋顶光伏设备”。“今年爆发的俄乌冲突,让欧洲对自己的能源安全变得更加重视,所以今年欧洲市场的销量十分不错。”广东欣顿电源有限公司销售经理唐涛向记者表示。

记者查询欧洲统计局数据发现,今年一季度,国内出口到欧洲的光伏组件规模为16.7GW,同比暴增145%。

在记者走访光伏企业的过程中,有多家企业的市场经理向记者透露,其所在公司当前均已战略性放弃国内市场,正全力挖掘跟进海外市场需求。“我们现在主要做海外市场,国内的就不用来咨询了。”深圳美世乐新能源科技有限公司的一名销售经理如此表示。

在唐涛看来,今年欧洲市场的销量增长,有部分原因在于当地采用的市场化电价结算模式。他认为,在能源供应紧张的情况下,飙涨的电价开始让很多欧洲家庭考虑光伏发电的可行性。“跟国内的大城市不一样,欧洲的居民户型,本身就很合适做屋顶发电。”唐涛说。

中信证券在近期发布的相关研究报告中称,欧洲加快光伏项目建设进度,海外装机量将保持较高速增长,2022年全球光伏装机有望超230GW。

而在全球光伏市场正处于大风口之时,扮演着光伏电站“心脏”角色的逆变器,也迎来了属于自己的高光时刻。

根据中商产业研究院年初的统计数据,全球光伏逆变器出货量从2017年的98.5GW快速攀升至2020年的185.1GW,年 复 合 增 长 率 高 达22.51%。“别看逆变器在整套系统中所占的成本不高,一般也就5%,但是没有逆变器的光伏电站就等于(只是)立了几块空板子。”陈琳告诉记者。

“光伏发电主要是利用了中学就学过的‘光电效应’,即当太阳光中的光子照射到光伏板上时,硅晶中的电子由于吸收了能量产生移动,从而形成了直流电。”嘉兴一家小型光伏企业的技术工程师郝哲向记者解释,对于用电侧来说,太阳能板产生的直流电是没办法直接用的,逆变器的作用就是将直流电转换为工频交流电,即我们常说的市电。

郝哲表示,逆变器作为衔接光伏组件与电网的重要设备,除了承担直交流电转换的作用外,其还能通过MPPT技术(最大功率点跟踪)让光伏板保持以最大功率进行工作。“除了像‘心脏’,还像是光伏电站的‘大脑’。”郝哲说。

眼下,伴随着愈吹愈猛烈的光伏之风,下游的逆变器厂商也挣得“盆满钵满”。“单子接到忙不过来,像捡钱一样,我自己上半年就做了上千万的业绩。”国内一家头部逆变器企业的销售经理王方在电话中告诉记者。

王方表示,其所在公司在今年上半年的销售额已经突破了30亿元,且多是主动上门来咨询合作的客户。现在的他,相比起入行之初已经“懒”了许多,除了个别大客户外,其已经很少主动出门去进行拓客拜访。“我们现在的重点是怎么做好需求对接,而不是开拓市场。”王方说。

“三兄弟”势力消长

“现在的逆变器市场是集中式、组串式和微型‘三兄弟’的天下。”易文良告诉记者。

易文良是苏州一家光伏集成商在华南区域的负责人,2022年上半年,他们在全国各地做了20多个工商业及户用电站项目,在逆变器的选型上,他颇有心得。

目前光伏电站大体上可分为大型地面电站、工商业和户用电站,而针对这三类主要的场景,逆变器也可以分为集中式、组串式和微型三大类,区分方式主要在于接入光伏组串的数量与最大支持功率。

“你可以把它们简单地理解成排插,集中式逆变器的插孔最多,能接的光伏组件最多,而微型逆变器就一个插孔,只能接一个光伏组件。”易文良说。

记者了解到,在常见的光伏发电场景中,集中式逆变器主要被用于总功率在1兆瓦以上的大型光伏电站,而组串式逆变器则常被用于中小型的分布式光伏项目中。

“我们在规划整体解决方案的时候,会根据会根据项目方的需求,从安全性、经济性及可靠性三个角度出发进行逆变器选型,并不拘泥于各类产品理论上的适用场景。”易文良向记者强调。

易文良用近期国内一个超大型电站的项目作为案例,向记者说明了逆变器的选配逻辑。在他向记者展示的照片中,记者看到了鳞次栉比的光伏板在大地上汇成了一片蓝色的海洋。“这个电站的装机规模达到了1吉瓦,光伏板就用了200多万块。”易文良说。他表示,对于这样的超大型电站,理论上应该选用大型集中式逆变器。“这个电站的建设地点位于四川甘孜,高原地区,地形条件复杂,占地面积较大的集中式逆变器部署困难,且可靠性较差。所以,此项目最后选用了5000多台组串式逆变器,通过接入云端,以智能运维的方式来保障发电。”易文良进一步解释。

记者了解到,诸如此类弃用“笨重”的集中式逆变器,转而拥抱“灵活”的组串式逆变器的案例,是近年来逆变器行业发展趋势的缩影,在当前的市场中,各家主流逆变器厂商的产品基本都属于组串式逆变器。

根据中国光伏行业协会的统计数据,在国内市场上,自2018年起,组串式逆变器的占比就超过了50%,到了2021年已接近70%,而集中式逆变器的市场占比则缩水至不足30%。

除了集中式、组串式两类已较为成熟的逆变器产品外,行业内各家厂商也正积极探索下一代“逆变器”的发展方向,而微型逆变器就是其中的代表之一。

“微型逆变器主要是针对传统逆变器在效率、安全、运维三个方面存在的痛点进行优化开发。”杭州禾迈股份有限公司的高级产品经理张新耀说,“关于安全层面,在传统的组串逆变器架构中,将电压在四五十伏左右单个光伏组件串联起来后,整个系统中就存在300v-1500v左右的高压。”

“在直流高压系统中,若线路中出现了故障电弧,其一旦发生燃烧便很难熄灭。”张新耀说。

张新耀展示了禾迈实验室针对“高压直流拉弧”故障所做的实验,记者看到,当系统中的直流电压达到两百伏时,光伏组件的线路两端产生了剧烈的“弧闪”(电弧闪光现象),且持续保持着燃烧状态。

在他看来,虽然当下许多光伏组件都有相关的防火认证,但目前国内的防火认证的测试温度通常在几百度左右,而直流拉弧所产生的温度却能达到八九千度。

此外,当屋顶光伏发生火灾时,由于现场依旧处在高电压状态,也会给到达现场救援的消防人员带来很大的安全隐患。

“甚至有一些国外的消防员,在到达光伏电站的火灾现场之后,会等到大火完全熄灭之后再去进行抢救。”张新耀说。

在这样的背景下,通过单独接入光伏组件,以并联形式构建光伏系统的微型逆变器,在安全方面就具备得天独厚的优势。

记者了解到,在使用微型逆变器的搭建方案中,其系统电压为单组件电压,而当直流系统中的电压在四五十伏左右时,线端产生的直流拉弧便轻微很多,从而在源头上解决了屋顶光伏高电压所带来的安全隐患。

除了在安全方面具有优势,以单组件进行接入的微型逆变器还可以避免组串式系统中存在的“木桶效应”,发电效率通常比采用传统逆变器的光伏电站高5%-22%,且运维也更加便捷。

张新耀表示,相比传统逆变器,微型逆变器可以监控到单个组件的电压、电流、功率等信息,通过布局图可以实现故障的精准定位,并快速解决问题。

不过,易文良告诉记者,包括逆变器领域的龙头企业在内,当下并没有多少厂家急于切入微型逆变器赛道,包括他们自身也很少在项目中采用微型逆变器。

因为,在易文良看来,微型逆变器针对传统逆变器的痛点所做的优化,完全对不起其因此带来的价格上升。

据记者了解,在今年,集中式逆变器在国内的价格通常为0.15元/瓦左右,而主流的组串式逆变器价格则在0.2元/瓦左右,若以额定功率为125kW的组串式逆变器为例,其单台采购价格在2.5万元左右。

而相比之下,微型逆变器在国内市场的售价则高达1.5元/瓦,在此背景下,同样是125kW功率的逆变器,微型逆变器的单台售价就需要18.75万元,相比组串式逆变器直接翻了7倍多。

“对于直流高压带来的潜在安全风险,传统逆变器也采用了很多方式予以规避,像是加入防直流拉弧检测模块,而对于发电效率和便于运维这两点,每个厂家就各有说法了,反正在我跟进的项目上,现在还没有采用过带微型逆变器的解决方案。”易文良说。


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