中國光伏逆變器行業發展狀況分析

光伏逆變器基本概述

一、光伏逆變器定義

光伏逆變器是一種將直流電轉換為交流電的電子設備，其主要功能是將光伏組件產生的直流電轉換為符合電網要求的交流電，并輸送到電力系統中。逆變器不僅負責電能的轉換，還具備最大功率點跟蹤、電網監控、故障保護等多項功能。

1、具有較高的效率。由于目前太陽能電池的價格偏高，為了最大限度地利用太陽能電池，提高系統效率，必須設法提高逆變器的效率。

2、具有較高的可靠性。目前光伏電站系統主要用于邊遠地區，許多電站無人值守和維護，這就要求逆變器有合理的電路結構，嚴格的元器件篩選，并要求逆變器具備各種保護功能，例如輸入直流極性接反保護、交流輸出短路保護、過溫過載保護等。

3、輸入電壓有較寬的適應范圍。由于太陽能電池的端電壓隨負載和日照強度變化而變化，特別是當蓄電池老化時其端電壓的變化范圍很大，這就要求逆變器在較大的直流輸入電壓范圍內保證正常工作。

二、光伏逆變器分類

光伏逆變器主要可分為集中式、組串式、集散式與微型逆變器四大類。集中式逆變器 系統總功率大，主要應用于光照條件較好的地面光伏電站等大型項目;分布式逆變器可分 為組串式逆變器和微型逆變器，通常應用于中小型工商業以及戶用光伏發電系統，其中組 串式為主要的分布式逆變器產品類型。集散式逆變器兼具集中式和組串式特點，在山地領 跑者等項目中受到一定規模的應用。微型逆變器是對每塊光伏組件進行單獨的最大功率峰 值跟蹤，再經過逆變以后并入交流電網，微型逆變器的單體容量一般在 1kW 以下。

集中式接入光伏組串數量多，單體容量通常在 500KW 以上。集中式逆變器是市面上 較為常見的一種光伏逆變器種類，其工作原理是將多個光伏組件工作產生的直流電流進行 匯流和最大功率峰值跟蹤(MPPT)，而后集中逆變進行直交流電轉換與升壓，從而實現并 網發電。集中式逆變器一般采用單路 MPPT，單個 MPPT 配有 2-12 組光伏組串，每路 MPPT 功率可達到 125-1000KW，單體容量通常在 500KW 以上，具有功率高、容量大的優勢。

集中式逆變器可減少使用數量，降低系統成本與損耗，便于集中管理。由于集中式逆 變器具有大容量的優點，同等規模的光伏電站采用集中式可大量減少逆變器的使用數量， 可減少系統整體的電路損耗，方便進行集中的安裝與管理。同時，集中式逆變器本身集成 度較高，控制簡潔，技術相對成熟，單位造價低。兩者因素結合可大幅降低電站系統的設備成本。

應用集中式逆變器可有效減少諧波，提升系統整體發電質量。在對非正弦電量進行傅 立葉分解時，我們會得到大于基波頻率的部分電量，即為諧波，其頻率通常為基波頻率的 整數倍。諧波會在電網短路阻抗上產生諧波電壓降，從而影響電壓波形;容易引起系統局 部串并聯諧振，造成設備的損壞。集中式逆變器的使用數量較少，可減少串并聯數，有效 降低諧波含量，從而保證發電量中基波的比例，提升整體的發電質量。

接入多組直流輸入，集中式 MPPT 電壓范圍窄，影響整體的發電表現。集中式逆變器 單路 MPPT 接入的光伏組串數較多，無法做到對每一組光伏組串精準控制，因而不能保證 每一路組串均處于最佳工作點，從而降低了系統整體的發電效率。集中式 MPPT 電壓范圍 一般處于 500-850V 區間內，受制于較窄的 MPPT 電壓范圍，集中式逆變器可調節性較差。在陰雨等光照條件不理想情況下，系統的電壓低于逆變器 MPPT 最低電壓，無法進行正常 發電工作，影響了發電時間。同時，由于其接入多組直流輸入的特點，光伏系統要求各組 件之間具有良好的適配性能，一旦其中某個組件出現故障問題，將影響系統整體的發電量 與發電效率。

集中式逆變器體積大，需專用機房放置，加大了安裝難度。由于單體容量大，集中式 逆變器體積和重量都較大，需要在戶外建立專門的機房進行放置。專用機房占地面積較大， 在增加系統整體土地成本的同時，也加大了安裝難度。此外，由于機房的密閉性問題，逆 變器放置在機房中會導致機房內部通風不暢，從而產生散熱問題。

組串式逆變器采用模塊化設計，可實現分散式 MPPT 尋優。采用組串式光伏逆變器的 電站系統通常將組件所產生的直流電流先通過逆變器進行直交流轉換，然后再經過匯流、 升壓變壓和交流配電后并入交流電網。相較于集中式逆變器，組串式逆變器采用模塊化設 計，具有多路 MPPT;每路 MPPT 接入的光伏組件輸入數量較少，通常為 1-4 組，可實現 分散式 MPPT 尋優。由于接入端較少，當單個組件出現故障問題時只會對該組件對應的模 塊發電產生影響，保證了整體光伏系統的發電效率不受單個組件影響，解決了集中式光伏 電站的失配問題。

組串式 MPPT 電壓范圍寬，可提升系統發電時間與發電量。組串式逆變器的 MPPT 電 壓范圍較寬，通常為 200V-1000V，可調節性較好。在光照不足或是天氣不利于發電的情 況下，光伏組件整體電壓會偏低，較寬的 MPPT 電壓范圍可以實現低輸入電壓的覆蓋，從 而保證了系統的發電時間，提升了整體的發電量。

多個逆變器并聯增加了電線損耗，且容易產生諧振問題。相較于集中式逆變器而言， 組串式逆變器單體容量較小，通常為 100KW 及以下;建設相同規模的光伏電站，選擇使 用組串式則會增加逆變器數量。多個組串式逆變器將進行并聯，電線損耗隨著逆變器使用 數量的增加而增大。同時，多個逆變器的并聯會導致總諧波的增加，抑制難度加大，諧振 問題較為嚴重，容易造成電氣設備的故障與燒毀。

集散式逆變器是一種新型逆變器類型，兼具集中式和組串式優勢。集散式逆變器是一 種較新的光伏逆變器類型，具備了集中式逆變器和組串式逆變器的特點。集散式逆變器可 理解為集中逆變和分散尋優，首先通過多個組串式逆變器分開進行最大功率峰值跟蹤 (MPPT)，然后經過匯流后集中逆變成交流電并網。與集中式逆變器相比，集散式逆變器 具備了獨立性能優異、發電量高以及整體系統穩定的優勢;與組串式逆變器相比，集散式 逆變器采用了分散尋優后的集中匯流逆變，大大降低了系統的設備成本，目前在國內主要 應用于部分領跑者示范基地項目。由于集散式逆變器解決方案的發展起步較晚，項目經驗 不夠充沛，尚未形成大規模應用;同時由于采用集中逆變的方式，該種解決方案需要采用 專用機房對集中式逆變器進行散熱，增大了系統占地的使用面積。

微型逆變器可對單個組件進行 MPPT 控制，發電效率與發電量水平較高。與其余逆變 器不同的是，微型逆變器與每一塊光伏組件進行集成，可以對單個組件進行最大功率峰值 跟蹤(MPPT)控制，從而大幅提升了系統整體的發電效率與發電量。同時，微型逆變器具 備了體積小、質量輕的特點，無需額外的放置用地，極大地增強了安裝的方便程度，主要 適用于戶用等中小型電站項目。同等規模的電站，采用微型逆變器將需要更多數量的設備， 系統整體成本明顯高于采用集中式或者是組串式逆變器方案的系統。

三、光伏逆變器應用原理

光伏逆變器是電力電子技術在太陽能發電領域的應用，行業技術水平和電力電子器件、電路拓撲結構、專用處理器芯片技術、磁性材料技術和控制理論技術發展密切相關。在太陽能發電系統中，光伏逆變器在直流側實現系統優化，從而達到降本、增效、減耗的目的，在交流側，隨著滲透率的提升，不斷滿足電網越來越高的調度與支撐功能。

逆變器技術亦從最初的提質增效朝著光儲融合技術，進而實現高比例可再生能源利用的方向發展。

光伏逆變器可以將光伏太陽能板產生的可變直流電壓轉換為市電頻率交流電，可以反饋回商用輸電系統，或供離網的電網使用。除此之外，在并網發電過程中，系統向電網輸出的正弦交流電還需與電網電壓同頻、同相，而這一功能也需通過光伏逆變器實現。逆變器除了具有直流、交流轉換功能外，還具有光伏陣列的最大功率跟蹤和系統保護功能，其可靠性、高效性和安全性直接影響整個太陽能光伏發電系統的發電量及穩定性。光伏逆變器是整個光伏發電系統中的關鍵設備之一。

光伏逆變器的工作原理主要是利用了電子集成技術以及數字控制技術。當太陽光照射到太陽能電池板上時，其中的光子與電子發生相互作用，產生電子和空穴，其產生的電壓與電流的方向都是相同的。即所產生的電流為直流電流。

光伏逆變器的工作原理是將收集到的直流電轉換成為交流電，這個過程一般分為三步：

1、直流電匯流箱

陽能電板所產生的直流電首先要流入到直流電匯流箱中。直流電匯流箱是由一系列的保護元器件和斷路器組成的裝置，可對發電過程中的電路進行保護和控制。

2、直流至交流的轉換

經過直流電匯流箱控制的直流電，進而流入到光伏逆變器中，轉化成為交流電。光伏逆變器利用功率管電子元件，采用PWM技術或SPWM技術在微處理器的控制下，將直流電進行整流濾波處理，經過中間直流母線的轉換，成為高質量的交流電。

3、交流電進入電網

在將直流電轉換成為交流電之后，光伏逆變器將所產生的交流電送入電網供使用。同時，在這個過程中，光伏逆變器還需要對其輸出的電壓、電流進行調整，以確保其輸出質量的穩定。

全球光伏逆變器行業發展分析

一、行業需求狀況

隨著光伏市場需求穩步增長，以及歐美和新興市場光伏產業迎來快速發展，全球光伏逆變器行業規模持續增長，預計2024年全球光伏逆變器行業市場規模達到136.8億美元，同比增長4.51%。

伴隨著全球可再生能源的大力發展，疊加“碳達峰、碳中和”戰略背景，全球光伏產業化水平和規模不斷提高，預計2024年全球光伏逆變器出貨量為604GW，同比增長12.69%。

三、行業格局狀況

光伏逆變器屬于充分競爭的市場，市場競爭格局相對穩定。海外新興市場快速發展，中國逆變器廠商加速出海，參與全球化競爭。華為、陽光電源憑借領先的技術優勢和豐富的產品系列，連續多年出貨量位居前列，市場占有率較高，且呈上升趨勢，因此陽光電源、華為等國內企業市場份額提升，海外企業市場份額下滑，國內逆變器企業產品品質與海外企業相當，但成本更低，競爭優勢明顯。

2023年華為和陽光電源持續領跑全球市場，分別蟬聯排名第一、第二，這兩家公司的光伏逆變器出貨量超過全球半數，主要推力來自于集中式光伏逆變器銷量。美國光伏逆變器市場由陽光電源和西班牙逆變器制造商Power Electronics領跑，歐洲市場則由華為、陽光電源和德國逆變器制造商SMA為主導。

四、行業專利情況

全球范圍內，光伏逆變器領域的專利申請數量持續增長，反映出該行業的技術創新活動日益活躍。從專利申請的地域分布來看，中國、日本、韓國和美國是主要的專利申請來源國。中國申請人在光伏逆變器領域的專利申請數量占據領先地位，顯示出中國在光伏逆變器技術研發方面的強大實力。

中國光伏逆變器領域的專利申請量快速增長，成為全球專利申請的主要來源之一。中國申請人在光伏逆變器領域的有效發明專利數量也位居前列，表明中國在光伏逆變器技術的創新和應用方面取得了顯著成果。在中國，陽光電源、華為、國家電網等企業是光伏逆變器領域的主要專利申請人，這些企業在技術研發和專利申請方面具有較強的實力。

五、行業發展前景

隨著全球能源轉型的加速推進，可再生能源在能源結構中的比重將不斷提升。光伏逆變器作為光伏發電系統的重要組成部分，其市場需求將隨著光伏發電裝機規模的擴大而持續增長。

分布式光伏發電系統的快速發展將進一步推動光伏逆變器的市場需求。分布式光伏發電系統具有安裝靈活、占地面積小、靠近負荷中心等優點，是未來光伏發電的重要發展方向之一。

隨著電力電子技術、微電腦技術、軟件算法等技術的不斷進步，光伏逆變器的轉換效率將不斷提高，成本將進一步降低。高效轉換技術的應用將提升光伏發電系統的整體效率，降低運維成本。

智能化管理系統的應用將提高光伏逆變器的可靠性和穩定性，降低運維難度和成本。未來，光伏逆變器將更加注重智能化、網絡化、模塊化等方向的發展。