光伏發電系統是當代新能源行業的核心方向之一,其主要由光伏組件、光伏逆變器和其他配電設備等組成。其中,光伏逆變器的主要作用為實現電能的形式轉換,主要用于將光伏組件產生的直流電轉化為電網傳輸和用戶使用的交流電,是光伏系統的核心組成要素之一。
光伏逆變器根據技術路線:分為集中式、組串式和微型逆變器。集中式逆變器:將光伏組件產生的直流電匯總轉變為交流電后進行升壓、并網,功率相對較大,主要用于日照均勻的大型廠房、荒漠電站、地面電站等大型發電系統;組串式逆變器:能夠直接跟組串連接,將單串或數串光伏組串產生的直流電匯總后轉變為交流電并進行并網,主要用于功率較大的分布式光伏發電系統和集中式光伏發電系統;微型逆變器:能夠對每一塊光伏組件進行單獨的最大功率點跟蹤,直接連接單塊或數塊光伏組件并將其產生的直流電逆變后并入交流電網,實現對每塊光伏組件的輸出功率進行精細化調節。
例如上能電氣其主要研發的逆變器產品多為集中式逆變器和組串式逆變器。公司的組串式逆變器可提供3~350kW全功率段產品,實現了較廣的功率覆蓋;采用多電平/軟開關變換技術,實現系統效率的最大化;采用超寬MPPT電壓輸入范圍設計,可實現戶用電站、工商業電站、大型地面電站等全場景應用。集中式逆變器可提供2500~8800kW功率段產品,所有產品實現大于99%的高轉換效率,高防護等級、高可靠性設計,滿足各種應用場景的需求。產品過載能力強,且支持高容配比設計。
光伏逆變器根據光伏發電類型分為集中式光伏發電逆變器和分布式光伏發電逆變器。集中式光伏發電逆變器:利用荒漠、鹽堿地等,集中建設大型光伏電站,發電直接并入公共電網,接入高壓輸電系統供給遠距離負荷。分布式光伏逆變器:在建筑物屋頂等用戶場地附近建設,運行方式以用戶側自發自用、余電上網,且以配電系統平衡調節為特征的光伏發電。
儲能逆變器由MPPT單元、充放電單元、逆變單元等核心硬件單元及其相關控制模塊等構成。儲能逆變器需要處理來自光伏組件發電端、負載耗能端、儲能電池端傳遞的各種信息,并結合客戶的需求痛點,以及不同的應用場景設計控制策略。儲能逆變器既要控制儲能電池的充電和放電過程,實現交直流電變換;也要為用戶提供能量管理功能,幫助用戶解決能量管理痛點,提升經濟性。
全球能源轉型加速推進,光伏發電成為可再生能源發展的重要引擎。根據國際可再生能源機構(IRENA)在《全球能源轉型展望》中提出的1.5℃情景,到2030年,可再生能源裝機需要達到11,000GW以上,其中太陽能光伏發電和風力發電約占新增可再生能源發電能力的90%。2023年,全球光伏新增裝機超過390GW,創歷史新高。未來,在光伏發電成本持續下降和全球綠色復蘇等有利因素的推動下,全球光伏新增裝機仍將持續增長。
根據彭博新能源財經(BNEF)在《2024年第三季度全球光伏市場展望》報告中預測,光伏組件的低價可能會繼續推動2024年全球光伏裝機的增長,預計今年將部署592GW的新增光伏裝機量。
圖表:2011-2023年全球光伏年度新增裝機規模以及2024-2030年新增規模預測(單位:GW)
資料來源:中國光伏產業發展路線圖(2023-2024)
國內光伏裝機呈現集中式和分布式齊頭并進的趨勢,其中集中式增長動能尤為強勁。2023年,我國國內光伏新增裝機216.88GW,同比增加148.1%。其中,我國大部分大基地項目在2023年年底前并網,集中式光伏電站新增裝機120.59GW,同比增長232.2%;分布式光伏電站新增裝機96.29GW,同比增長88.4%。2023年大型地面電站占全部新增光伏發電裝機的55.6%,分布式電站占比為44.4%,其中戶用光伏占到分布式市場約45.3%。
儲能為能源轉型中關鍵一環,儲能逆變器為關鍵部分。鑒于光伏發電的間歇性特征,其輸出受季節性、晝夜變化及氣象條件的顯著影響,表現出明顯的波動性和不確定性,導致供需匹配存在問題。儲能技術可提升可再生能源的利用效率,同時確保電網的安全性與穩定性。儲能逆變器在此過程中扮演著至關重要的角色,它不僅負責將光伏系統產生的直流電轉換為交流電,還負責實現儲能電池與電網的互聯。通過執行交直流電的雙向轉換以及對儲能電池的充放電過程進行精確控制,儲能逆變器確保了光伏發電優先滿足本地負載需求,并將剩余電能存儲于儲能電池中。在光伏發電過剩時,系統可選擇性地將電能輸送至電網;而在光伏發電不足時,儲能電池則釋放存儲的電能,以供本地負載使用,從而實現能源的高效管理和優化配置。當前,美歐日韓等主要經濟體將發展新型儲能產業上升為國家或地區戰略,我國也加快推動新型儲能產業快速發展以支撐新型能源體系建設和碳達峰碳中和目標實現。
新型儲能市場在2023年實現了顯著增長。2023年國內新型儲能新增裝機約為22.6GW,平均儲能時長約2.1小時。隨著政策進一步執行、成本超預期下降和技術持續改進,新型儲能將更能滿足發電側、電網側、用戶側的電力儲能需求。預計2025年,全球及我國新型儲能年度新增裝機或分別超過60GW、31GW,有望達到67GW、35GW。