逆变器——长坡厚雪的重要赛道| 骊阅 Knight Read

本期导读

逆变器——长坡厚雪的重要赛道

1、逆变器是什么

2、逆变器产品

3、产品差异

4、逆变器市场格局

5、逆变器的比较优势

6、小器件大未来

逆变器是什么？

我国幅员辽阔，太阳能资源分布极为丰富，大力发展光伏是走可持续发展道路的选择。近年来光伏行业降本成绩卓著，而我国的光伏技术又在几轮周期中走在了世界前列，叠加“双碳”政策的强力驱动，光伏行业正在迎来高速发展的战略机遇期。向后展望，从“补充能源”的印象中逐渐走出的光伏，未来几十年内将成为主要的“替代能源”。

光伏发电系统并网是目前人们利用太阳能最主要的方式，但太阳能电池板直接产生的是直流电，无法直接并入交流电网系统，需要逆变器进行电能形式的转化。而受到温度、光照、地形等影响，光伏阵列输出的功率呈现波动态势。作为光伏发电系统与大电网的连接端口，保障其输出稳定、高质量的电能，是逆变器承担的基本任务。

图1：光伏发电并网系统

数据来源：中国电机工程学报

逆变器产品

由于承担着电能形式变换的重要任务，逆变器高效运行的核心在于其选取的控制策略，在这方面国内外诸多学者已经做了大量的研究，其目的是在提高转换效率的同时尽可能的降低损耗，同时兼顾生产的经济性。

从指标上来看，逆变器主要关注以下技术参数：

（1）转换效率

逆变器转换效率越高，则光伏发电系统的转换效率越高，系统总发电量损失越小，系统经济性也越高。因此在单台额定容量相同时，应选择效率高的逆变器。

大功率逆变器在满载时，效率必须在90％或95％以上。中小功率的逆变器在满载时，效率必须在85％或90％以上。在50W/㎡的日照强度下，即可向电网供电，即使在逆变器额定功率10％的情况下，也要保证90％（大功率逆变器）以上的转换效率。

（2）直流输入电压范围

太阳电池组件的端电压随日照强度和环境温度变化，逆变器的直流输入电压范围宽，可以将日出前和日落后太阳輻照度较小的时间段的发电量加以利用，从而延长发电时间，增加发电量。如在落日余晖下，辐照度小电池组件温度较高时电池组件工作电压较低，如果直流输入电压范围下限低，便可以增加这段时间的发电量。

（3）最大功率点跟踪

太阳电池组件的输出功率随时变化，因此逆变器的输入终端电阻应能自适应于光伏发电系统的实际运行特性，随时准确跟踪最大功率点，保证光伏发电系统的高效运行。

（4）电流谐波含量和功率因数

光伏电站接入电网后，并网点的谐波电压及总谐波电流分量应满足GB/T 14549 《电能质量公用电网谐波》的规定，光伏电站谐波主要来源是逆变器，因此逆变器必须采取滤波措施使输出电流能满足并网要求。要求谐波含量低于3%,逆变器功率因数接近于1。

（5）低电压耐受能力

当电力系统事故或扰动引起光伏发电站并网点电压跌落时，在一定的电压跌落范围和时间间隔内，光伏发电站能够保证不脱网连续运行。

（6）系统频率异常响应

电网公司规定中要求光伏电站应具备一定的耐受电压异常的能力，避免在电网电压异常时脱离，引起电网电源的损失。这就要求所选并网逆变器具有低电压耐受能力，具体要求如下：

a）光伏电站必须具有在并网点电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行1s；

b）光伏电站并网点电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，光伏电站必须保持并网运行；

c）光伏电站并网点电压不低于额定电压的90%时，光伏电站必须不间断并网运行。

（7）可靠性和可恢复性

逆变器应具有一定的抗干扰能力、环境适应能力、瞬时过载能力，如在一定程度过电压情况下，光伏发电系统应正常运行；过负荷情况下，逆变器需自动向光伏电池特性曲线中的开路电压方向调整运行点，限定输入功率在给定范围内；故障情况下，逆变器必须自动从主网解列。

系统发生扰动后，在电网电压和频率恢复正常范围之前逆变器不允许并网，且在系统电压频率恢复正常后，逆变器需要经过一个可调的延时时间后才能重新并网。

（8）具有保护功能

根据电网对光伏电站运行方式的要求，逆变器应具有交流过压、欠压保护，超频、欠频保护，防孤岛保护，短路保护，交流及直流的过流保护，过载保护，反极性保护，高温保护等保护功能。

（9）监控和数据采集

逆变器应有多种通讯接口进行数据采集并发送到主控室。

产品差异

图2：典型逆变器形态与内部构造

数据来源：禾迈股份&锦浪科技招股说明书

逆变器的生产主要以印刷电路半成品、机器箱体、机器散热器、机器上盖、机器包装材料等为原料，生产过程包括电子件预加工、整机装配、测试和整机包装等工艺环节。就生产流程成熟度而言，当前主流厂商之间的差距不会很大。

因此，转换效率作为逆变器性能的重要衡量指标，各个厂商正不断逼近转换极限，成熟产品效率差距微乎其微。

表1：主流逆变器参数表观参数差距不大

数据来源：公开资料

生产的经济性是仅次于转换效率的另一个重要竞争指标。过去十年，逆变器行业在效率不断刷新上限的背景下，其单位功率下的价格也创造了一个个新低，助力光伏发电系统的经济性价值不断凸显。

图3：逆变器均价持续降低

数据来源：彭博

逆变器市场格局

市场格局是市场参与者选择的结果，市场份额的增长依赖于供给端对产品的优化升级以及需求端的持续认可，在这一点上，国产逆变器正在全球市场演绎“东风压西风”式的国产替代。数据可以看到，近年来以华为、阳光电源、锦浪和固德威为代表的国产逆变器的市场份额正不断增长。

表2：逆变器全球市场份额演变

数据来源：公开资料

究其原因，拆开逆变器上市公司的报表来看，国产逆变器产品优势十分显著。成本端可以分为直接材料、直接人工和其他费用三大部分。由于直接材料较为零散，主要由电子元器件如电容、电感、散热器、晶体管等构成，除了晶体管外，其他商品标准化程度较高，均可以在公开市场购得，价格差异不大，因而直接人工的成本优势是国产逆变器以低成本高品质迅速抢占海外市场的基础。

图4：国产逆变器公司成本低成本来源于直接人工带来的显著优势

数据来源：相关公司招股说明书、年报

在采购端，虽然原材料在逆变器成本中占据 90%以上的份额，但多数原材料所在行业为充分竞争状态，其供需的变动不会对逆变器企业之间的格局产生影响。

逆变器的核心原材料IGBT芯片受制于上游产能限制出现了供给缺口，而IGBT芯片又长期依赖于进口，这使得今年尤为特殊。逆变器企业的出货量更多的是取决于产业链的瓶颈环节，即相关企业能采购到的IGBT的数量。因而对于逆变器企业来说，供应保障能力在今年显得尤为关键。

表3：近4季度IGBT货期和价格趋势显示供应持续紧俏

数据来源：富昌电子

逆变器的比较优势

去年以来，光伏产业链发生了剧烈的变化，以硅料为首的原材料价格上涨不断挤压产业链下游的利润空间，而原本以量补价的期待可能会因为高企的组件价格抑制了需求而导致量逻辑落空，从而导致量和利双双不及预期。

作为隔离于光伏主产业链的逆变器，能够免疫光伏主产业链的博弈，在享受光伏装机量增加带来的行业贝塔的同时，利润不会被上游挤压。另外，逆变器环节的增量除了跟随光伏装机，其固有电气特性导致的十年的更换周期，能够为逆变器环节带来新的增量，从而使其增速快于光伏主产业链。从这两个维度来看，逆变器环节是光伏产业链投资的最强阿尔法。

图5：逆变器所属的产业链环节